电路图接地分析_电路如何接地？电路接地的方法

　　随着大规模和高频电路的广泛应用，低阻抗的地线设计在电路中显得尤为重要，在接触电子电路图时，首先要搞清楚电路中接地的问题，今天小编就给各位详细介绍电路设计中接地的相关问题，包括接地方式及电路接地设计方法。

　　接地通常有以下两种含义

　　一、电子仪器的外壳接地是接的大地，这是保护性接地，这一接地措施可以使仪器的外壳与大地等电位，从而避免了仪器因漏电使外壳带电造成的触电危险。

　　二、电子电路图中的接地，对电路而言是一个共用参考点；对电路图的绘制而言是一种简略画法；对分析电路工作原理而言，可以方便识图。电源规定正奂极，实际是为输出一个电位差。电路图接地，这里的“地”要加上引号，只是规定了一个基准电位，而不是0电位。比如把电源负极接地，即负极为参考电位；把正极接地，即把正极作为参考电位，道理是一样的，根据实际需要设定，并不是负极都接地，这与实际生活中用电器接地（大地0电位）是不一样的。

　　电子电路图中的接地

　　①接地点是电路中的共用参考点，这一点的电压为０Ｖ，电路中其他各点的电压高低都是以这一参考点为基准的，电路图中所标出的各点电压数据都是相对地端的大小，这样可以大大方便修理中的电压测量。

　　②接地符号是一种电路连线的省略画法，接地线点表示与电源的正极或负极相连，这一接地与仪器外壳接地概念不同。

　　③一般情况下，一张电路图中只有一种接地符号，此时所有的地端是相连的。在少量的电路图中会出现两种不同的接地符号。相同接地点之间的连线称为地线。

　　④采用正极性供电的电路图中，接地点是电源的负极，电路中所有与电源负极相连的元器件、线路都可以用同一个接地符号来表示，这样同一个电路图中相同符号接地点之间是相通的，这一接地就是共用参考点。采用这种方法后，可以减少电路图中的连线，从而可以方便电路的分析。

　　⑤采用负极性供电的电路图中，接地点是电源的正极，电路中所有与电源正极相连的元器件、线路都可以用同一个接地符号来表示，这一接地也是共用参考点。一般电路中采用正极性电源供电的情况比较多。

　　⑥正、负电源供电时的接地一般电子电路中只采用正电源或只采用负电源供电，但在一些电路中则要同时采用正、负电源供电，而且这两种电源之间也有共用参考点。

　　电路如何接地？

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　　1 接地的分类

　　接地按其作用可以分为两类：

　　①保护人员和设备不受损害叫保护接地；

　　②保障设备的正常运行的叫工作接地。

　　

　　这里的分类是指接地工程设计施工中考虑的各种要求，并不表示每种“地”都需要独立开来。相反，除了有地电信号抗干扰、设备本身专门要求等特殊原因之外，提倡尽量采用联合接地的方案。

　　保护接地

　　防雷接地

　　防雷接地是受到雷电袭击（直击、感应或线路引入）时，为防止造成损害的接地系统。常有信号（弱电）防雷地和电源（强电）防雷地之分，区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同，而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上，和电源防雷地分开建设。

　　机壳安全接地

　　机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分（机柜外壳，操作台外壳等）与地之间形成良好的导电连接，以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电（380、220或110V），通常情况下机壳等是不带电的，当故障发生（如主机电源故障或其它故障）造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时，这些金属部件或外壳就形成了带电体，如果没有很好的接地，那么这带电体和地之间就有很高的电位差，如果人不小心触到这些带电体，那么就会通过人身形成通路，产生危险。因此，必须将金属外壳和地之间作很好的连接，使机壳和地等电位。此外，保护接地还可以防止静电的积聚。

　　工作接地

　　工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。

　　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。

　　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；模拟量从能量、频率、时间等都很大的差别，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。减小地线的导线电阻，将电路中的模拟和数字部分开，最后通过电感滤波和隔离，汇接到一起。

　　

　　 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充分考虑。尽量将电路中的模拟和数字部分分开，最后通过电感，汇接到一起。

　　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于自己“地”的电位。常用在小信号的提取系统或者强电和弱点混合系统中。

　　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。 在下图所示的VDD-SGND的电源供电系统中，所有工作点相对的地都是SGND，但是SGND和DGND之间是电平处于悬浮状态，VDD-SGND的电源供电的系统与整个系统的连接完全通过变压器耦合，在这里设计的时候需要注意信号的连接方式。

　　

　　电源地

　　电源地是系统电源零电位的公共基准地线。由于电源往往同时供电给系统中的各个单元，而各个单元要求的供电性质和参数可能有很大差别，因此既要保证电源稳定可靠的工作，又要保证其他单元稳定可靠地工作。

　　功率地

　　功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，所以功率地线上的干扰较大，因此功率地必须与其他弱电地分别设置、分别布线，以保证整个系统稳定可靠地工作。

　　 接地的形式

　　在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1MHz~10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1-20，否则应采用多点接地法。工作接地按工作频率而采用如图所示几种接地方式。

　　

　　单点接地

　　工作频率低（《1MHz）的采用单点接地式（即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，并设置一个安全接地螺栓），以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地方式又分为串联和并联两种。由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合，所以低频电路最好采用并联的单点接地式。

　　

　　为防止工频和其他杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘，且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连（浮地式除外）。

　　多点接地

　　工作频率高（》10MHz）的采用多点接地式。在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。

　　采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。此处电路板最好设计为多层电路（4层以上），提供一层作为地平面。

　　

　　混合接地

　　工作频率介于1MHz~10MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。根据系统的需求和电路的需要进行合理的安排。

　　 悬浮接地

　　悬浮接地是系统的地与大地不直接连接，而是通过变压器耦合或者直接不连接，处于悬浮状态。悬浮接地应注意以下几点：

　　（1）尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻，从而有利于降低进入浮地系统中的共模干扰电流，保证系统的可靠性。

　　（2）注意浮地系统对地存在的较大寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中，在设计时一定要注意。

　　（3）悬浮接地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用，才能收到更好的预期效果。

　　（4）采用浮地技术时，系统容易积累静电，当静电积累到一定应程度后，可以对人和设备产生很多的损害，所以要注意静电和电压反击对设备和人身的危害。

　　电路设计中接地方法及设计

　　地线也是有阻抗的，电流流过地线时，会产生电压，此为噪声电压，而噪声电压则是影响系统稳定的干扰源之一，不可取。所以，要降低地线噪声的前提是降低地线的阻抗。

　　众所周知，地线是电流返回源的通路。随着大规模和高频电路的广泛应用，低阻抗的地线设计在电路中显得尤为重要。这里就简单列举几种常用的接地方法：

　　单点接地

　　单点接地，顾名思义，就是把电路中所有回路都接到一个单一的，相同的参考电位点上。如下图所示。

　　

　　单点接地可以分为“串联接地”和“并联接地”两种方式。串联单点接地的方式简单，但是存在共同地线的原因，导致存在公共地线阻抗，如果此时串联在一起的是功率相差很大的电路，那么互相干扰就非常严重。并联单点接地的方式可以避免公共地线耦合的因素，但是每部分电路都需要引地线到接地点上，需要的地线就过多，不实用。

　　所以，在实际应用时，可以采用串联和并联混合的单点接地方式。在画PCB板时，把互相不易干扰的电路放一层，把互相容易发生干扰的电路放不同层，再把不同层的地并联接地。如下图所示。

　　

　　单点接地在高频电路里面，因为地线长，地线的阻抗是永远避免不了的因素，所以并不适用，那怎么办呢？下面再介绍“多点接地”。

　　多点接地

　　当电路工作频率较高时，想象一下高频信号在沿着地线传播时，所到之处影响周边电路会有多么严重，因此所有电路就要就近接到地上，地线要求最短，多点接地就产生了。

　　多点接地，其目的是为了降低地线的阻抗，在高频（f 一定的条件下）电路中，要降低阻抗，主要从两个方面去考虑，一是减小地线电阻，二是减小地线感抗。

　　1，减小地线导体电阻，从电阻与横截面的关系公式中我们知道，要增加地线导通的横截面积。但是在高频环境中，存在一种高频电流的趋肤效应（也叫集肤效应），高频电流会在导体表面通过，所以单纯增大地线导体的横截面积往往作用不大。可以考虑在导体表面镀银，因为银的导电性较其他导电物质优秀，故而会降低导体电阻。

　　2，减小地线的感抗，最好的方法就是增大地线的面积。

　　在实际应用时，地线短，地面积大，抗干扰的效果就会更好。

　　写到这里时，可能有人会问，如何才算是高频电路？参考杨继深教授的书籍《电磁兼容EMC技术》有提到“通常1MHZ以下算低频电路，可以采用单点接地，10MHZ以上算高频电路，可以采用多点接地的方式”，1MHZ和10MHZ时，如果最长地线不超过波长的1/20，可以单点接地，否则多点接地。

　　假如电路中既有高频信号，又有低频信号，怎么办？混合接地会是个好选择！

　　混合接地

　　如图所示。

　　

　　通过图来分析。

　　上图中的第一种结构，假定工作在低频电路中，根据容抗Zc = 1/2πfc可知，容抗在低频环境下很大，而高频环境下很小。那么地线在低频时是断开的，在受到高频干扰时接近导通。如此接法可以有效避开地线环路的干扰影响。

　　上图中的第二种结构，假定工作在高频电路中，根据感抗Zl = 2πfl可知，感抗在低频环境下很小，而高频环境下很大。那么地线在低频时是类似导通的，在受到高频干扰时是断开。如此接法可以有效避开地环路电流的影响。

　　综述，在实际应用中，电路根据工作环境采用合适的接地方式可以有效避开干扰信号，达到电路的最优效果。