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电路上的“地”问题[0]

Posted on 2023年11月14日 by

由于现代电路常为模拟电路和数字电路,两者的物理载体区别不大,只是实现通讯和输入输出的原理不同。

因此常有数字地(DGND)和模拟地(AGND)的区别。即这两类的接地的方式是不同的。

由于数字电路的传输成功需要类似调制和解调的过程,因此要求是一个数字地,即一个相同的电压参考,在量化的过程中,将>=某个电压(常见3.3V,相对5V而言)作为数字1,否则作为数字0,因此数字电路在实现上有较高的容错能力。模拟电路其实现都是基于时间上的电信号传输,即传输的物理信号和表征的物理含义存在线性的对应关系,若出现干扰,也会导致物理含义上的误解释。

由于模拟电路的电压是个相对值,其本质是两个电位之间的差值,对于同一个参考地AGND而言,不同的电压值之间的相对关系是能够比较的,但是对于不同的参考地之间的差值是无意义的。

这对于采用插分采样的数字系统而言也是相同的问题,对于同一个差分采样设备而言,不同的接口上的差值虽然相同,但是由于其相对的AGND不同,因此也会导致比较差值是无意义的,因此需要将不同的参考地的电势拉平,常用的方式是短接或者采用下拉电阻的方式实现(具体实现还需要考虑对负载电阻的影响,短路等问题)。

为了应对不同的电路之前的电势差的问题,并且简化AD转换的问题,最简单的处理方式是采用信号隔离器,尤其是光电隔离,能够将不同的电路回路进行隔断,又不影响信号的量化(实际转换速度还是影响的)。

对于AD采集采用PCI采集卡的方式,要注意配置隔离器,PCI卡的模拟地通常采用计算机的地线,即220V的地线。有些时候,220V的地线没有接,或者有些时候将外壳接上地线,但是器件的绝缘未做好或者绝缘电阻不足,都会导致地线被烧。而采用PCI卡的官方的端子板,能够在出现线路故障时,优先烧坏端子板,保护PCI卡和计算机。

对于设备采用5V/24V直流供电的设备,在电源模块推荐将输出的0V和输入的地线相接,避免设备浮地。

对于不同的AD采集系统接入到同一个传感器上,除了要避免短路另外就是要避免等效负载的变化对于采集精度的影响,对于这种情况,也推荐采用光电隔离。对于有些时候光电隔离后还出现较大的信号突变,也需要排除掉不同设备的地是否共地。

关于浮地的问题:

对于设备中的所有仪器仪表都是浮地供电,并且没有收到电磁干扰EMC时(两种情况,一是本身就没有电磁干扰,另外就是设备本身做了防电磁干扰的措施),推荐采用浮地。

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