1 单点接地
单点接地是指在一个线路中,只有一个物理点被定义为接地参考点,其它各个需要接地的点都直接接到这一点上。单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。
(1)串联单点接地
图 6 串联单点接地
串联单点接地如上图所示, 是各电路连接地线的等效阻抗(低频时,线缆的感抗很低,等效为0), 分别是电路1、电路2、电路3的电流,由此可得出各点的电位各下:
A点的电位:
B点的电位: ,
C点的电位: ,
由 A、B、C 三点的电位表达式可看出各点之间的电位将互相影响,若各电路的电平相差不大,这种接地方式可以使用,如各电路之间的电平相差较大则不能使用。假如电路 1 是高电平电路,而电路 3 是低电平电路,那么由C点的电位计算公式可知:电路 1 将严重干扰到电路 3 的工作。
但是这种接地方法比较简单,使用的仍然很多。须要注意的是,在使用这种接地方式抑制公共阻抗耦合干扰时,应注意串联的次序,最怕干扰的电路的地应接在A点,而最不怕干扰的电路的地应接在C点。
错误的串联单点接地如下图所示:
图7 错误的串联单点接地设计
在上图中,将系统的接地点选择在运算放大器的输入侧,公共阻抗耦合干扰,叠加在运算放大器的输入端了,如果Z1很大,或流过该阻抗的电流较大,运算放大器输入端的叠加干扰可能很好,导致错误的输出结果。
如果将接地点放在运算放大器的输出侧,则可完全避免公共阻抗耦合干扰,使运算放大器的输入端不受地线电流的影响,如下图所示:
图8 正确的接地设计
(2)并联单点接地
并联单点接地采取所有器件的地直接接到地汇接地点,不共用接地总线,各电路的地电位只与本电路的地电流及地线阻抗有关,不受其它电路影响,这样接地方式可以消除公共阻抗耦合干扰。
并联单点接地方式如下图所示:
图9 并联单点接地
其中R1、R2、R3, 分别是电路1、电路2、电路3接地线的等效电阻(低频时,线缆的等效感抗可忽略不计)I1、I2、I3, 分别是电路1、电路2、电路3的电流,A、B、C点的电位,分别如下: Va=I1xR1,Vb=I2xR2 , Vc=I3xR3 。
由上述电位计算公式可知,各点之间的电位只与本电路的地电流及地线阻抗有关,因此在低频时各电路之间不存在共阻抗耦合的地线干扰,因此,在电气电子设备低频工作时,尽量采用这种方式接地。只是当电路数量较多时,这种接地方式需要的地线较多,用起来比较笨重。
(3)混合单点接地
串联单点接地容易产生公共阻抗耦合的问题,解决的方法是采用并联单点接地,但是并联单点接地往往由于地线过多,而没有实施的可能性。
因此,实际情况中可以灵活采用这两种单点接地方式的组合,即混合单点接地方式。
混合单点接地方式中,是将电路按照干扰特性分组,相互之间容易发生干扰的电路放在不同的组,相互之间不易发生干扰的电路放在同一组,一组内的电路采用串联单点接地,不同组的电路采用并联单点接地。
混合单点接地方式,如下图所示:
图 10 串联单点和并联单点混合接地
这种接地方法避免公共阻抗耦合干扰的关键是:避免使功率相差很大的电路或噪声电平相差很大的电路共用一段地线。这种接地方式,既解决了公共阻抗耦合的问题,又避免了地线过多的问题。