“地”是电子技术中一个很重要的概念。由于“地”的分类与作用有多种, 容易混淆。
电路板的GROUND(简称GND),即电路设计中所说的“地”,严格来说,只有大地才是真正的“地”,电路板中的GND只是电源的负极,若将电路板GND与大地相连,此时的GND可以称为接地参考点。
电路中器件与GND之间的连接方式可以分为单点接地、多点接地、浮地和虚地,如下图所示:
1.单点接地:
是指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点,其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路,采用一点接地。
特点:可减小公共地阻抗耦合和低频地环路干扰,常用于1MHz以下线路。
2.多点接地:
是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上(即设备的金属底板)。在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路,常采用多点接地。
特点:接地器件就近连接到GND。可降低共地阻抗产生的干扰,还可降低寄生电容和电感,常用于10MHz以上线路。
3.浮地:
即该电路的地与大地无导体连接。与GND无直接电气连接,但在电位上等电位。
其优点是该电路不受大地电性能的影响。浮地可使功率地(强电地)和信号地(弱电地)之间的隔离电阻很大,所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。其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了对模拟电路的感应干扰。
特点:不受GND电性能影响,但是容易受寄生电容影响。
4.虚地:
与浮地类似,可理解为运算放大器虚短虚断时的“浮地”。
5.混合接地:
混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性,这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗,因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时,将每个子系统的直流地通过10~100nF的电容器接到射频地上,这两种地应在一点有低阻抗连接起来,连接点应选在最高翻转速度(di/dt)信号存在的点。
6.设备接大地:
在工程实践中,除认真考虑设备内部的信号接地外,通常还将设备的信号地,机壳与大地连在一起,以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是:
1)保护地,保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳(或构架)和接地装置之间作良好的电气连接。为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器外壳,另一端与大地作可靠连接。 2)防静电接地,泄放机箱上所积累的电荷,避免电荷积累使机箱电位升高,造成电路工作的不稳定。 3)屏蔽地,避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化,造成设备工作的不稳定。
此外还有防雷接地和音响中的音频专用地等等。