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GND地線的分類
在這些模擬電路中,由于信號(hào)是模擬信號(hào),,是微弱信號(hào),,很容易受到其他電路的大電流影響。如果不加以區(qū)分,,大電流會(huì)在模擬電路中產(chǎn)生大的壓降,,會(huì)使得模擬信號(hào)失真,嚴(yán)重可能會(huì)造成模擬電路功能失效,。
之所以設(shè)立數(shù)字地線DGND,,是因?yàn)閿?shù)字電路具有一個(gè)共同的特點(diǎn),,都屬于離散型的開光量信號(hào),只有數(shù)字“0"和數(shù)字“1"區(qū)分,,如下圖所示,。
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在由數(shù)字“0"電壓跳變成數(shù)字“1"電壓的過程中,或者由數(shù)字“1"電壓跳變成數(shù)字“0"電壓的過程中,,電壓產(chǎn)生了一個(gè)變化,,根據(jù)麥克斯韋電磁理論,變化的電流周圍會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng),,也就形成了對(duì)其他電路的EMC輻射,。
沒辦法,為了降低電路的EMC輻射影響,,必須使用一個(gè)單獨(dú)的數(shù)字地線DGND,,讓其他電路得到有效的隔離。
大功率電路,顧名思義,,是電流比較大的電路,。很顯然大的電流,容易造成不同功能電路之間的地偏移現(xiàn)象,,如下圖所示,。
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電源,是所有電路的能量來源,。所有電路工作需要的電壓電流,,均是來自電源。因此電源的地線GND,,是所有電路的0V電壓參考點(diǎn),。
這就是為什么其他類型的地線,無論是模擬地線AGND,,數(shù)字地線DGND還是功率地線PGND,,最后都需要與電源地線GND匯集在一起。
AC-DC電源電路,,分為兩個(gè)部分,。電路中的前級(jí)是AC交流部分,電路中的后級(jí)是DC直流部分,,這就被迫形成了兩個(gè)地線,,一個(gè)是交流地線,另一個(gè)是直流地線,。
交流地線作為交流電路部分的0V參考點(diǎn),,直流地線作為直流電路部分的0V參考點(diǎn)。通常為了在電路中統(tǒng)一一個(gè)地線GND,,工程師會(huì)將交流地線通過一個(gè)耦合電容或者電感與直流地線連接在一起,。
人體的安全電壓是在36V以下,超過36V的電壓如果施加在人體身上,,會(huì)導(dǎo)致人體受到損傷,這是工程師在開發(fā)設(shè)計(jì)電路項(xiàng)目方案的一個(gè)安全常識(shí),。
為了增強(qiáng)電路的安全系數(shù),,工程師一般在高壓大電流的項(xiàng)目中使用大地的地線EGND,例如在家用電器電風(fēng)扇,、電冰箱,、電視機(jī)等電路中。具有大地地線EGND保護(hù)功能的插座,,如下圖所示,。
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插座的3個(gè)接線端子,,其中的兩個(gè)端子是用于220V的火線和零線,,另外一個(gè)端子就是起保護(hù)作用的大地地線EGND。
芯片哥需要重點(diǎn)指出的是大地地線EGND,,它僅僅是連接到我們的地球,,起到高壓保護(hù)作用,沒有參與項(xiàng)目電路功能,,與電路功能無關(guān),。
所以大地地線EGND,與其他類型的地線GND是存在明顯電路含義區(qū)別的,。
細(xì)究GND的原理
工程師一般針對(duì)這類GND地線設(shè)計(jì)問題,都簡(jiǎn)單的統(tǒng)一命名為GND,,在原理圖設(shè)計(jì)過程中沒有加以區(qū)分,,導(dǎo)致在PCB布線的時(shí)候很難有效識(shí)別不同電路功能的GND地線,直接簡(jiǎn)單地將所有GND地線連接在一起,。
雖然這樣操作簡(jiǎn)便,,但這將導(dǎo)致一系列問題:
假如將不同功能的地線GND直接連接在一起,大功率電路通過地線GND,,會(huì)影響小功率電路的0V參考點(diǎn)GND,,這樣就產(chǎn)生了不同電路信號(hào)之間的串?dāng)_。
模擬電路,,它的考核核心指標(biāo)就是信號(hào)的精度,。失去精度,模擬電路也就失去了原本的功能意義,。
交流電源的地線CGND由于是正弦波,,是周期性的上下波動(dòng)變化,它的電壓也是上下波動(dòng),,不是像直流地線GND一樣始終維持在一個(gè)0V上不變,。
將不同電路的地線GND連接在一起,周期性變化的交流地線CGND會(huì)帶動(dòng)模擬電路的地線AGND變化,,這樣就影響了模擬信號(hào)的電壓精度值了,。
信號(hào)越弱,對(duì)外的電磁輻射EMC也就越弱;信號(hào)越強(qiáng),,對(duì)外的電磁輻射EMC也就越強(qiáng),。
假如將不同電路的地線GND連接在一起,信號(hào)強(qiáng)電路的地線GND,,直接干擾了信號(hào)弱電路的地線GND,。其后果是原本信號(hào)弱的電磁輻射EMC,也成為了對(duì)外電磁輻射強(qiáng)的信號(hào)源,,增加了電路處理EMC實(shí)驗(yàn)的難度,。
4 電路可靠性
電路系統(tǒng)之間,信號(hào)連接的部分越少,,電路獨(dú)立運(yùn)行的能力越強(qiáng),;信號(hào)連接的部分越多,電路獨(dú)立運(yùn)行的能力就越弱,。
試想,,如果兩個(gè)電路系統(tǒng)A和電路系統(tǒng)B,沒有任何的交集,,電路系統(tǒng)A的功能好壞顯然是不能影響電路系統(tǒng)B的正常工作,,同樣電路系統(tǒng)B的功能好壞也是不能影響電路系統(tǒng)A的正常工作。
這就好比一對(duì)陌生男女,,在沒有成為戀人之前,,女生的情緒變化是不會(huì)影響這個(gè)男生的心情的,因?yàn)樗麄儧]有任何交集,。
假如在電路系統(tǒng)中,,將不同功能的電路地線連接在一起,就相當(dāng)于增加了電路之間干擾的一個(gè)聯(lián)系紐帶,,也即降低了電路運(yùn)行的可靠性,。