正确接地的重要性在抗干扰中

2023-06-23 理论教育版权反馈

【摘要】：接地的目的有两个，一个是为保护人身和设备安全，避免雷击、漏电、静电等危害。此类地线称为保护地线，应与真正的大地连接。另一个是为了保证设备的正常工作，如直流电源常需要有一极接地，作为参考零电位。不同的接地方式在电路中应用、设计和考虑也不相同，应根据具体电路分别进行设置。为减小地线的导线电阻，应将电路中的模拟地和数字地分开。因此，这种地线接法有较强的抗干扰能力，能够保证数控机床的正常运行。

接地的目的有两个，一个是为保护人身和设备安全，避免雷击、漏电、静电等危害。此类地线称为保护地线，应与真正的大地连接。另一个是为了保证设备的正常工作，如直流电源常需要有一极接地，作为参考零电位。信号传输也常需要有一根线接地，作为基准电位，传输信号的大小与该基准电位相比较。另外，对设备进行屏蔽时在很多情况下只有与接地相结合，才能具有应有的效果。因此接地系统又分为保护地线、工作地线、地环路和屏蔽接地4种。

（1）地的分类

工程师在设计电路时，为防止各种电路在电路正常工作中产生互相干扰，使之能相互兼容地有效工作。根据电路的性质，将电路中“零电位”——“地”分为不同的种类；按交直流分为直流地、交流地；按参考信号分为数字地（逻辑地）、模拟地；按功率分为信号地、功率地、电源地等；按与大地的连接方式分为系统地、机壳地（屏蔽地）、浮地。不同的接地方式在电路中应用、设计和考虑也不相同，应根据具体电路分别进行设置。

1）信号地

信号地（SG）是各种物理量的传感器和信号源零电位以及电路中信号的公共基准地线（相对零电位）。此处信号一般指模拟信号或者能量较弱的数字信号，易受电源波动或者外界因素的干扰，导致信号的信噪比（SNR）下降。特别是模拟信号，信号地的漂移，会导致信噪比下降；信号的测量值产生误差或者错误，可能导致系统设计的失败。因此，对信号地的要求较高，也需要在系统中特殊处理，避免和大功率的电源地、数字地以及易产生干扰的地线直接连接。尤其是微小信号的测量，信号地通常需要采取隔离技术。

2）模拟地

模拟地（AG）是系统中模拟电路零电位的公共基准地线。由于模拟电路既承担小信号的处理，又承担大信号的功率处理；既有低频的处理，又有高频处理；模拟量在能量、频率、时间等方面都有很大的差别，因此模拟电路既易接受干扰，又可能产生干扰。所以对模拟地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。为减小地线的导线电阻，应将电路中的模拟地和数字地分开。在PCB布线的时候，模拟地和数字地应尽量分开，最后通过电感滤波和隔离，汇接到一起。图6－17所示为模拟地和数字地。

图6－17　模拟地和数字地

3）数字地

数字地（DG）是系统中数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，会在电源系统中产生比较大的毛刺，易对模拟电路产生干扰。所以，对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要给予充分考虑。在PCB布线的时候，模拟地和数字地应尽量分开，最后通过电感滤波和隔离，汇接到一起。

4）悬浮地

悬浮地（FG）是系统中部分电路的地与整个系统的地不直接连接，而是通过变压器耦合或者直接不连接，处于悬浮状态。该部分电路的电平是相对自己“地”的电位。常用在小信号的提取系统或者强电和弱电混合系统中。

其优点是该电路不受系统中电气和干扰的影响；缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加对模拟电路的感应干扰。由于该电路的地与系统地没有连接，易产生静电积累而导致静电放电，可能造成静电击穿或强烈的干扰。因此，悬浮地的效果不仅取决于悬浮地绝缘电阻的大小，而且取决于悬浮地寄生电容的大小和信号的频率。

图6－21　一台数控机床的接地方法

从图6－21可以看出，接地系统形成三个通道：信号接地通道将所有小信号、逻辑电路的信号、灵敏度高的信号的接地点都接到信号地通道上；功率接地通道将所有大电流、大功率部件、晶闸管、继电器、指示灯、强电部分的接地点都接到这一地线上；机械接地通道将机柜、底座、面板、风扇外壳、电动机底座等机床接地点都接到这一地线上，此地线又称安全地线通道。将这三个通道接到总的公共接地点上，公共接地点与大地接触良好，一般要求接地电阻为4～7Ω。并且数控柜与强电柜之间有足够粗的保护接地电缆，如截面积为5.5～14 mm2的接地电缆。因此，这种地线接法有较强的抗干扰能力，能够保证数控机床的正常运行。

正确接地的重要性在抗干扰中

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