單點接地、多點接地、混合接地：既有高頻信號又有低頻信號，如何解決阻抗問題？

時間：2021-03-31 17:23:34

關(guān)鍵字：數(shù)字信號阻抗

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[導(dǎo)讀]眾所周知，地線是電流返回源的通路。隨著大規(guī)模集成電路和高頻電路的廣泛應(yīng)用，低阻抗的地線設(shè)計在電路中顯得尤為重要，本文簡單列舉了幾種常用的接地方法。

地線也是有阻抗的，電流流過地線時，會產(chǎn)生電壓，此為噪聲電壓，而噪聲電壓則是影響系統(tǒng)穩(wěn)定的干擾源之一，不可取。所以，要降低地線噪聲的前提是降低地線的阻抗。

眾所周知，地線是電流返回源的通路。隨著大規(guī)模集成電路和高頻電路的廣泛應(yīng)用，低阻抗的地線設(shè)計在電路中顯得尤為重要。 這里就簡單列舉幾種常用的接地方法：

單點接地

單點接地，顧名思義，就是把電路中所有回路都接到一個單一的，相同的參考電位點上。如下圖所示。

單點接地可以分為“ 串聯(lián)接地 ”和“ 并聯(lián)接地 ”兩種方式。串聯(lián)單點接地的方式簡單，但是存在共同地線的原因，導(dǎo)致存在公共地線阻抗，如果此時串聯(lián)在一起的是功率相差很大的電路，那么互相干擾就非常嚴(yán)重。

并聯(lián)單點接地的方式可以避免公共地線耦合的因素，但是每部分電路都需要引地線到接地點上，需要的地線就過多，不實用。

所以，在實際應(yīng)用時，可以采用串聯(lián)和并聯(lián)混合的單點接地方式。在畫PCB板時，把互相不易干擾的電路放一層，把互相容易發(fā)生干擾的電路放不同層，再把不同層的地并聯(lián)接地。

單點接地在高頻電路里面，因為地線長，地線的阻抗是永遠避免不了的因素，所以并不適用，那怎么辦呢？下面再介紹“多點接地”。

多點接地

當(dāng)電路工作頻率較高時，想象一下高頻信號在沿著地線傳播時，所到之處影響周邊電路會有多么嚴(yán)重，因此所有電路就要就近接到地上，地線要求最短，多點接地就產(chǎn)生了。

多點接地，其目的是為了降低地線的阻抗，在高頻(f 一定的條件下)電路中，要降低阻抗，主要從兩個方面去考慮，一是減小地線電阻，二是減小地線感抗。

1，減小地線導(dǎo)體電阻，從電阻與橫截面的關(guān)系公式中我們知道，要增加地線導(dǎo)通的橫截面積。但是在高頻環(huán)境中，存在一種高頻電流的趨膚效應(yīng)(也叫集膚效應(yīng))，高頻電流會在導(dǎo)體表面通過，所以單純增大地線導(dǎo)體的橫截面積往往作用不大?？梢钥紤]在導(dǎo)體表面鍍銀，因為銀的導(dǎo)電性較其他導(dǎo)電物質(zhì)優(yōu)秀，故而會降低導(dǎo)體電阻。

2，減小地線的感抗，最好的方法就是增大地線的面積。

在實際應(yīng)用時，地線短，地面積大，抗干擾的效果就會更好。

寫到這里時，可能有人會問，如何才算是高頻電路？參考楊繼深教授的書籍《電磁兼容EMC技術(shù)》有提到“通常1MHZ以下算低頻電路，可以采用單點接地，10MHZ以上算高頻電路，可以采用多點接地的方式”，1MHZ和10MHZ時，如果最長地線不超過波長的1/20，可以單點接地，否則多點接地。

假如電路中既有高頻信號，又有低頻信號，怎么辦？混合接地會是個好選擇！

混合接地

第一種結(jié)構(gòu)，假定工作在低頻電路中，根據(jù)容抗Zc = 1/2πfc可知，容抗在低頻環(huán)境下很大，而高頻環(huán)境下很小。

那么地線在低頻時是斷開的，在受到高頻干擾時接近導(dǎo)通。如此接法可以有效避開地線環(huán)路的干擾影響。

第二種結(jié)構(gòu)，假定工作在高頻電路中，根據(jù)感抗Zl = 2πfl可知，感抗在低頻環(huán)境下很小，而高頻環(huán)境下很大。那么地線在低頻時是類似導(dǎo)通的，在受到高頻干擾時是斷開。如此接法可以有效避開地環(huán)路電流的影響。

綜述，在實際應(yīng)用中，電路根據(jù)工作環(huán)境采用合適的接地方式可以有效避開干擾信號，達到電路的最優(yōu)效果。