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电路设计中的单点接地多点接地和混合接地
接线图
2023年07月21日 22:45 195
admin
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。随着大规模集成电路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。
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