接地技術的適用條件是什麼

Ⅰ 產品設計中的接地技術（二）

一、地的分類及處理方式

        有時一個產品中既有高頻電路、也有低頻電路，既有模擬電路、也有數字電路，既有電源變換電路，也有信號處理電路，所以說與之對應的一個產品中會存在模擬地、數字地、信號地、電源地、屏蔽地、外殼地、交流地、大地等。

        從參考電平的角度看，都是同一個地，最終都要接到一起獲得相同的參考電位。對於地的分類，主要是從布線的角度看的，目的是為了減少不同電路之間地的干擾。

1、外殼地（機殼地）

1）含義

        為防止靜電感應和磁場感應而設，一般情況下為了安全起見即將機殼接大地，外殼接地既是對人體安全的保護，也是防干擾的一種手段，因為一般情況下機殼是金屬的，是非常好的屏蔽體，絕大部分輻射干擾都可以阻擋在機殼之外。 電子產品外殼接大地的目的就是快速將電荷釋放到大地上。

2）目的

        （1）防止產品的機殼上積累電荷，產生靜電放電而危及設備和人身安全；

        （2）當設備的絕緣層損壞而使機殼帶電時，促使電源的保護動作而切斷電源，以便保護工作人員的安全。

3）處理方式

        通過地線引入的干擾(也叫共阻抗干擾)，處理方法一般採用地線隔離技術，在外殼接地時接入阻抗，加入濾波等。

2、功率地

        功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地線。由於負載電路或功率驅動電路的電流較強、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大。因此功率地必須與其它弱電地分別設置，以保證整個系統穩定可靠的工作。

3、信號地

1）含義

        信號地是電子設備中信號電路的統一參考地，目的是使電子設備正常工作時有一個統一的參考零電位，避免有害電磁場的干擾，進而保證設備穩定可靠的工作。特別是針對模擬小信號，易受干擾，因此對信號地的處理要求就比較高。

2）處理方式

（1）單屏蔽層線纜

        如果線纜是單屏蔽層，信號地理想接法是使用專門的信號線將所有節點信號地連接，起到參考地的作用。但如果缺少信號地線，亦可將所有節點信號地都連接到屏蔽層，但這樣屏蔽效果亦差強人意。

（2）雙屏蔽層線纜

        當使用雙層屏蔽電纜時，需要將所有節點信號地連接到內屏蔽層，若使用非屏蔽線進行數據傳輸時，請保持信號地管腳懸空處理。

        所有節點信號地接到屏蔽層或雙屏蔽層的內層後，屏蔽層處理方式注意為單點接地，不可多點接地，否則會在信號地線上形成地環流。

        另外，單點接地是為了加大供電地和信號地之間的隔離電阻，阻止共地阻抗電路耦合產生的電磁干擾，注意採用隔離浮地設計，通過阻容方式將屏蔽層與外殼隔離。

4、模擬地

        模擬地是模擬電路零電位的公共基準地線。由於模擬電路既承擔小信號的放大，又承擔大信號的功率放大；既有低頻的放大，又有高頻放大；因此模擬電路既易接受干擾，又可能產生干擾。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設更要充分考慮。

4、數字地

        數字地是數字電路零電位的公共基準地線。由於數字電路工作在脈沖狀態，特別是脈沖的前後沿較陡或頻率較高時，易對模擬電路產生干擾。所以對數字地的接地點選擇和接地線的敷設也要充分考慮。

5、電源地

1）含義

        是為了保證供電電源形成完整的電流迴路而設置的供電地，是電源零電位的公共基準線。

2）處理方式

        與單電源供電的負極相連。

3）其他說明

        由於電源往往需要同時給系統中的各個單元供電，而各個單元要求的供電性質和參數可能有很大差別，因此既要保證電源穩定可靠的工作，又要保證其它單元穩定可靠的工作。

6、屏蔽地

1）含義

        導體外部有導體包裹的導線叫屏蔽線，包裹的導體叫屏蔽層，一般為編織銅網或銅泊(鋁)，屏蔽層需要接地處理，保證外來的干擾信號可被該層導入大地。

2）處理方式

        當使用雙層屏蔽電纜時，CAN-Shield連接到外屏蔽層和DB9連接器的屏蔽殼。並且使用DB9針式連接器時外屏蔽層會被連接到pin5，以保證當使用沒有屏蔽殼連接的連接器時，可靠的接地。

        多節點匯流排同樣要求屏蔽地採用單點接地，防止形成迴路，並且為浮地設計。如圖5所示處理方式，CTM1051模塊3腳為屏蔽地，5腳為信號地。

3）其他說明

        靜電屏蔽。當用完整的金屬屏蔽體將帶正電導體包圍起來，在屏蔽體的內側將感應出與帶電導體等量的負電荷，外側出現與帶電導體等量的正電荷，因此外側仍有電場存在。如果將金屬屏蔽體接地，外側的正電荷將流入大地，外側將不會有電場存在，即帶正電導體的電場被屏蔽在金屬屏蔽體內。

        交變電場屏蔽。為降低交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓，可以在干擾源和敏感電路之間設置導電性好的金屬屏蔽體，並將金屬屏蔽體接地。只要設法使金屬屏蔽體良好接地，就能使交變電場對敏感電路的耦合干擾電壓變得很小。

二、一台設備中各種地的處理方式總結

1）地的處理框圖

2）相關說明

        一台設備要實現設計要求，往往包含多種電路，比如高頻電路、數字電路、模擬電路、供電電路、繼電器電路等。為了抵抗外界電磁干擾而需要設備具有一定的屏蔽效能。典型設備的接地如圖6所示。設備的接地應當注意以下幾點：

（1）為防止高電壓、大電流和強功率電路對低電平電路的干擾，將它們的接地分開。前者為功率地，後者為信號地，而信號地又分為數字地和模擬地，信號地線應與功率地線和機殼地線相絕緣；

（2）對於信號地線可另設一信號地螺栓（和設備外殼相絕緣），該信號地螺栓與安全接地螺栓的連接有三種方法（取決於接地的效果）：一是不連接，而成為浮地式；二是直接連接，而成為單點接地式；三是通過一3μF電容器連接，而成為直流浮地式，交流接地式。其它的接地最後匯聚在安全接地螺栓上（該點應位於交流電源的進線處）。

三、一個系統中各種地的處理方式總結

1）地的處理框圖

2）相關說明

（1）參照設備的接地注意事項；

（2）設備外殼用設備外殼地線和機櫃外殼相連；

（3）機櫃外殼用機櫃外殼地線和系統外殼相連；

（4）對於系統，安全接地螺栓設在系統金屬外殼上，並有良好電連接；

（5）當系統內機櫃、設備過多時，將導致數字地線、模擬地線、功率地線和機櫃外殼地線過多。對此，可以考慮鋪設兩條互相並行並和系統外殼絕緣的半環形接地母線，一條為信號地母線，一條為屏蔽地及機櫃外殼地母線；系統內各信號地就近接到信號地母線上，系統內各屏蔽地及機櫃外殼地就近接到屏蔽地及機櫃外殼地母線上；兩條半環形接地母線的中部靠近安全接地螺栓，屏蔽地及機櫃外殼地母線接到安全接地螺栓上；信號地母線接到信號地螺栓上；

（6）當系統用三相電源供電時，由於各負載用電量和用電的不同時性，必然導致三相不平衡，造成三相電源中心點電位偏移，為此將電源零線接到安全接地螺栓上，迫使三相電源中心點電位保持零電位，從而防止三相電源中心點電位偏移所產生的干擾；

四、成功案例

         結合自己在電力電量檢測行業、振動信號檢測行業里做的高精度儀器儀表成功經驗，現將自己已經驗證過的成功案例分享給大家，希望對大家能有所幫助。    

1、軸承故障檢測設備（便攜設備）

1）硬體架構框圖

2）地的處理框圖

2）相關說明

（1）該軸承檢測設備採用 上位機和下位機結合並融為一體的結構設計 方案，上位機選的是體積比較小的 工控機 ，下位機主控器件選用的是 DSP器件 。

（2） 自製開關電源的輸出紋波和DCDC模塊的輸出紋波 等性能參數對該檢測設備的高精度指標比較關鍵，需要選擇輸出紋波比較小的DCDC模塊和下功夫做好開關電源的，使其輸出紋波盡可能的小，當然其他指標也是如此。

（3）地的處理框圖中隔離器件有三種類型的，分別是 磁隔離、光耦隔離和電容隔離 的。磁隔離用的比較多的器件是ADUM1200（單向的）或ADUM1250(雙向的)；光耦隔離可根據傳輸速度進行器件選擇的，常用的是HCPL0600等器件。

（4）介面器件是指常用的通訊介面或其他介面，通訊介面主要是RS232、RS485、CAN和網口等，本檢測設備用的是 PCIe介面 ，即是介面地和數字地（MCU）是一個地，傳輸速度可達132M，又由於是塑料外殼的攜帶型設備，所以該檢測設備採用的是 整機浮地的方式。

五、注意事項

1、控制系統宜採用一點接地

        一般情況下，高頻電路應就近多點接地，低頻電路應一點接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感並不是什麼大問題，然而接地形成的環路的干擾影響很大，因此，常以一點作為接地點；但一點接地不適用於高頻，因為高頻時，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產生電感耦合。一般來說，頻率在1MHz以下,可用一點接地；高於10MHz時，採用多點接地；在1～10MHz之間可用一點接地，也可用多點接地。

1）單點接地

        工作頻率低（f <1MHz）的採用單點接地式（即把整個電路系統中的一個結構點看作接地參考點，所有對地連接都接到這一點上，並設置一個安全接地螺栓），以防兩點接地產生共地阻抗的電路性耦合。 多個電路的單點接地方式又分為串聯和並聯兩種 ， 由於串聯接地產生共地阻抗的電路性耦合 ，所以 低頻電路最好採用並聯的單點接地式 。

        為防止工頻和其它雜散電流在信號地線上產生干擾， 信號地線應與功率地線和機殼地線相絕緣。 且只在功率地、機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連（浮地式除外）。

2）多點接地

        工作頻率高（f >30MHz）的採用多點接地式（即在該電路系統中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地迴路）。因為接地引線的感抗與頻率和長度成正比，工作頻率高時將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產生的電磁干擾，所以要求 地線盡量短 。採用多點接地時，盡量找最接近的低阻值接地面接地。

2、交流地與信號地不能共用

        由於在一段電源地線的兩點間會有數mV甚至幾V電壓，對低電平信號電路來說，這是一個非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。

3、浮地

        浮地即是電路的地與大地無導體連接。其優點是該電路不受大地電性能的影響；其缺點是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動和增加了對模擬電路的感應干擾；由於該電路的地與大地無導體連接，易產生靜電積累而導致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強烈的干擾。因此，浮地的效果不僅取決於浮地的絕緣電阻的大小，而且取決於浮地的寄生電容的大小和信號的頻率

1）全機浮地

        針對外殼是塑料的手持式儀器儀表，可採用全機浮地的處理方式 ，即是：系統各個部分與大地浮置起來，但要求整個系統與大地絕緣電阻不能小於50MΩ，該方式具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會帶來干擾。

2）部分浮地

        部分浮地就是將 機殼接地，其餘部分浮空 。這種方法抗干擾能力強，安全可靠，但實現起來比較復雜。

4、信號迴流和跨分割

        根據公式可以知道， 輻射強度是和迴路面積成正比的 ，就是說 迴流需要走的路徑越長，形成的環越大，它對外輻射的干擾也越大 ，所以， PCB布板的時候要盡可能減小電源迴路和信號迴路面積 。

        對於一個高速信號來說， 提供有好的信號迴流可以保證它的信號質量 ，這是因為 PCB上傳輸線的特性阻抗一般是以地層（或電源層）為參考來計算的 ，如果高速線附近有連續的地平面，這樣這條線的阻抗就能保持連續，如果有段線附近沒有了地參考，這樣阻抗就會發生變化，不連續的阻抗從而會影響到信號的完整性。所以，布線的時候要把高速線分配到靠近地平面的層，或者高速線旁邊並行走一兩條地線，起到屏蔽和就近提供迴流的功能。

5、模擬地和數字地

        模擬信號和數字信號都要迴流到地，因為數字信號變化速度快，從而在數字地上引起的雜訊就會很大，而模擬信號是需要一個干凈的地參考工作的。如果模擬地和數字地混在一起，雜訊就會影響到模擬信號。一般來說，模擬地和數字地要分開處理，然後通過細的走線連在一起，或者單點接在一起。總的思想是盡量阻隔數字地上的雜訊竄到模擬地上。

6、單板上的信號接地

        對於一般器件來說，就近接地是最好的，採用了擁有完整地平面的多層板設計後，對於一般信號的接地就非常容易了，基本原則是 保證走線的連續性，減少過孔數量；靠近地平面或者電源平面。

7、介面器件接地方式

        有些單板對外有輸入輸出介面，比如串口連接器，網口RJ45連接器等等，如果對它們的接地設計得不好也會影響到正常工作，例如網口互連有誤碼，丟包等，並且會成為對外的電磁干擾源，把板內的雜訊向外發送。一般來說會 單獨分割出一塊獨立的介面地 ， 與信號地的連接採用細的走線連接，可以串上0歐姆或者小阻值的電阻 。 細的走線可以用來阻隔信號地上噪音過到介面地上來 。另外對介面地和介面電源的濾波也要認真考慮。

8、帶屏蔽層電纜線的屏蔽層接地方式

         屏蔽電纜的屏蔽層都要接到單板的介面地上而不是信號地上， 這是因為信號地上有各種的雜訊，如果屏蔽層接到了信號地上，雜訊電壓會驅動共模電流沿屏蔽層向外干擾，所以設計不好的電纜線一般都是電磁干擾的最大雜訊輸出源。當然前提是介面地也要非常的干凈。

        以上是做高精度儀器儀表產品中應該注意的各種地的處理方式，如果您覺得有不對的地方可以留言給我交流，也希望您們多提寶貴意見。當然要想做高精度儀器儀表，地的處理只是其中的一個方面，還有其他需要注意的地方的，比如在器件選擇階段盡量使用PSRR高的LDO,盡量避免使用DCDC和紋波超過300UV的電源溫壓器件，我們也可以通過差分輸入來減少來自電源的干擾，晶振的外殼如果是金屬的,通常要接到數字地上等等方面，會在以後詳細介紹做高精度儀器儀表其他應該注意的方面的，敬請關注！

Ⅱ 請問TT、TN、TI這些接地方式分別適用什麼場合啊

一、TT、TN、IT接地方式分別適用的場合：

1、TT接地方式適用的場合：TT系統適應於有中性線輸出的單、三相沒合用電的較大的村莊。加裝上漏電保護裝置，可收到較好的安全效果。

現在有的建築單位是採用TT系統，施工單位借用其電源作臨時用電時，應用一條專用保護線，以減少需接地裝置鋼材用量。把新增加的專用保護線PE線和工作零線N分開。

2、TN接地方式適用的場合：內部設有變電所的建築物。因為在有變電所的建築物內為TT系統分開設置在電位上互不影響的系統接地和保護接地是比較麻煩的。

即使將變電所中性線的系統接地用絕緣導體引出另打單獨的接地極，但它和與保護接地PE線連通的戶外地下金屬管道間的距離常難滿足要求。

而在此建築物內如採用TN-C-S系統時，其前段PEN線上中性線電流產生的電壓降將在建築物內導致電位差而引起不良後果，例如對信息技術設備的干擾。

因此在設有變電所的建築物內接地系統的最佳選擇是TN-S系統，特別是在爆炸危險場所，為避免電火花的發生，更宜採用TN-S系統。

3、IT接地方式適用的場合：由於IT系統的不利因素使它的應用受到限制。在我國由於不了解IT系統，除在礦井、冶金企業以及有些局部范圍內採用IT系統外，在建築物電氣裝置配電中幾乎不採用IT系統。

（1）醫院內的手術設備和維持病人生命的設備。一些維持病人生命的電氣醫療設備， 例如心肺系統體外循環設備， 如果中斷供電將很快導致病人生命危險， 不間斷供電可靠性高的IT系統可避免這一危險。

（2）某些集會場所的安全照明。這可分為兩種情況：一種是人員眾多的集會場所，在事故斷電時其疏散照明應採用IT系統以確保人員的安全疏散；另一種是有重大政治影響的重要集會場所，中斷供電將造成嚴重的政治影響，這種場所內包括照明用電的配電系統應全部採用IT系統。

（3）礦井。不論是煤礦或金屬礦，都屬電氣危險大的特殊場所。礦井下有地下水，必須保證抽水泵的供電，以免井下人員被淹。煤礦井下的抽風機也必須保證供電以排出瓦斯。另外人員上下礦井的電動車和採挖生產都需依賴可靠的電源，採用IT系統能很好地保證供電的不間斷。

（4）玻璃廠。玻璃廠如果事故斷電且斷電時間過長，玻璃溶液將凝固在玻璃熔爐內，使玻璃熔爐報廢。

二、有漏電保護的低壓配電箱不能進行pe線和N線重復接地。

如果將PE線和N線共同接地，由於PE線與N線在重復接地處相接，重復接地點與配電變壓器工作接地點之間的接線已無PE線和N線的區別，原由N線承擔的中性線電流變為由N線和PE線共同承擔。

並有部分電流通過重復接地點分流。由於這樣可以認為重復接地點前側已不存在PE線，只有由原PE線及N線並聯共同組成的PEN線，原TN-S系統所具有的優點將喪失，所以不能將PE線和N線共同接地。

(2)接地技術的適用條件是什麼擴展閱讀：

1、TT接地方式的主要優點：

（1）能抑制高壓線與低壓線搭連或配變高低壓繞組間絕緣擊穿時低壓電網出現的過電壓；

（2）對低壓電網的雷擊過電壓有一定的泄漏能力；

（3）與低壓電器外殼不接地相比，在電器發生碰殼事故時，可降低外殼的對地電壓，因而可減輕人身觸電危害程度；

（4）由於單相接地時接地電流比較大，可使保護裝置（漏電保護器）可靠動作，及時切除故障。

2、TT系統的主要缺點是：

（1）低、高壓線路雷擊時，配變可能發生正、逆變換過電壓；

（2）低壓電器外殼接地的保護效果不及IT系統；

（3）當電氣設備的金屬外殼帶電（相線碰殼或設備絕緣損壞而漏電）時，由於有接地保護，可以大大減少觸電的危險性。但是，低壓斷路器（自動開關）不一定能跳閘，造成漏電設備的外殼對地電壓高於安全電壓，屬於危險電壓。

（4）當漏電電流比較小時，即使有熔斷器也不一定能熔斷，所以還需要漏電保護器作保護，因此TT系統難以推廣。

（5）TT系統接地裝置耗用鋼材多，而且難以回收、費工時、費料。