电路要怎样接地才正确?

转载自——张飞实战电子


1、接地的分类接地按其作用可以分为两类:
①保护人员和设备不受损害叫保护接地
②保障设备的正常运行的叫工作接地
 
这里的分类是指接地工程设计施工中考虑的各种要求,并不表示每种“地”都需要独立开来。相反,除了有地电信号抗干扰、设备本身专门要求等特殊原因之外,提倡尽量采用联合接地的方案。
 

1.1、保护接地
1.1.1 防雷接地

防雷接地是受到雷电袭击(直击、感应或线路引入)时,为防止造成损害的接地系统。常有信号(弱电)防雷地和电源(强电)防雷地之分,区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同,而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上,和电源防雷地分开建设。

1.1.2 机壳安全接地 

机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分(机柜外壳,操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接,以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电(380、220或110V),通常情况下机壳等是不带电的,当故障发生(如主机电源故障或其它故障)造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时,这些金属部件或外壳就形成了带电体,如果没有很好的接地,那么这带电体和地之间就有很高的电位差,如果人不小心触到这些带电体,那么就会通过人身形成通路,产生危险。因此,必须将金属外壳和地之间作很好的连接,使机壳和地等电位。此外,保护接地还可以防止静电的积聚。

 

1.2、工作接地 

工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。

1.2.1 信号地 

信号地(SG)是各种物理量的传感器和信号源零电位以及电路中信号的公共基准地线(相对零电位)。此处信号一般指模拟信号或者能量较弱的数字信号,易受电源波动或者外界因素的干扰,导致信号的信噪比(SNR)下降。特别是模拟信号,信号地的漂移,会导致信噪比下降;信号的测量值产生误差或者错误,可能导致系统设计的失败。因此对信号地的要求较高,也需要在系统中特殊处理,避免和大功率的电源地、数字地以及易产生干扰地线直接连接。尤其是微小信号的测量,信号地通常需要采取隔离技术。

1.2.2 模拟地

模拟地(AG)是系统中模拟电路零电位的公共基准地线。由于模拟电路既承担小信号的处理,又承担大信号的功率处理;既有低频的处理,又有高频处理;模拟量从能量、频率、时间等都很大的差别,因此模拟电路既易接受干扰,又可能产生干扰。所以对模拟地的接地点选择和接地线的敷设更要充分考虑。减小地线的导线电阻,将电路中的模拟和数字部分分开,最后通过电感滤波和隔离,汇接到一起。

1.2.3 数字地 

数字地(DG)是系统中数字电路零电位的公共基准地线。由于数字电路工作在脉冲状态,特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时,会在电源系统中产生比较大的毛刺,易对模拟电路产生干扰。所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。尽量将电路中的模拟和数字部分分开,最后通过电感,汇接到一起.

1.2.4 悬浮地 

悬浮地(FG)是系统中部分电路的地与整个系统的地不直接连接,而是通过变压器耦合或者直接不连接,处于悬浮状态。该部分电路的电平是相对于自己“地”的电位。常用在小信号的提取系统或者强电和弱点混合系统中。

其优点是该电路不受系统中电气和干扰的影响;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对模拟电路的感应干扰。由于该电路的地与系统地没有连接,易产生静电积累而导致静电放电,可能造成静电击穿或强烈的干扰。 因此,悬浮地的效果不仅取决于悬浮地绝缘电阻的大小,而且取决于悬浮地寄生电容的大小和信号的频率。 在下图所示的VDD-SGND的电源供电系统中,所有工作点相对的地都是SGND,但是SGND和DGND之间是电平处于悬浮状态,VDD-SGND的电源供电的系统与整个系统的连接完全通过变压器耦合,在这里设计的时候需要注意信号的连接方式。

1.2.5 电源地

电源地是系统电源零电位的公共基准地线。由于电源往往同时供电给系统中的各个单元,而各个单元要求的供电性质和参数可能有很大差别,因此既要保证电源稳定可靠的工作,又要保证其他单元稳定可靠地工作。

1.2.6 功率地 

功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高,所以功率地线上的干扰较大,因此功率地必须与其他弱电地分别设置、分别布线,以保证整个系统稳定可靠地工作。

 

2、接地的形式

在低频电路中,信号的工作频率小于1MHz,它的布线和器件间的电感影响较小,而接地电路形成的环流对干扰影响较大,因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时,地线阻抗变得很大,此时应尽量降低地线阻抗,应采用就近多点接地。当工作频率在1MHz~10MHz时,如果采用一点接地,其地线长度不应超过波长的1-20,否则应采用多点接地法。工作接地按工作频率而采用如图所示几种接地方式。

2.1 单点接地

工作频率低(<1MHz)的采用单点接地式(即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点,所有对地连接都接到这一点上,并设置一个安全接地螺栓),以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地方式又分为串联和并联两种。由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合,所以低频电路最好采用并联的单点接地式。

为防止工频和其他杂散电流在信号地线上产生干扰,信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘,且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连(浮地式除外)。 为防止工频和其他杂散电流在信号地线上产生干扰,信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘,且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连(浮地式除外)。

 

2.2 多点接地

工作频率高(>10MHz)的采用多点接地式。在该电路系统中,用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比,工作频率高时将增加共地阻抗,从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰,所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时,尽量找最接近的低阻值接地面接地。此处电路板最好设计为多层电路(4层以上),提供一层作为地平面。

 

2.3 混合接地

工作频率介于1MHz~10MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时,采用单点接地式,否则采用多点接地式。根据系统的需求和电路的需要进行合理的安排。

 

2.4 悬浮接地 

悬浮接地是系统的地与大地不直接连接,而是通过变压器耦合或者直接不连接,处于悬浮状态。悬浮接地应注意以下几点: 
(1)尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻,从而有利于降低进入浮地系统中的共模干扰电流,保证系统的可靠性。 
(2)注意浮地系统对地存在的较大寄生电容,高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中,在设计时一定要注意。 
(3)悬浮接地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用,才能收到更好的预期效果。 
(4)采用浮地技术时,系统容易积累静电,当静电积累到一定应程度后,可以对人和设备产生很多的损害,所以要注意静电和电压反击对设备和人身的危害。



 

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<think>好的,我现在需要解决用户在4-20mA电路中遇到的接地环路干扰问题。首先,我得回忆一下4-20mA信号的基本原理和常见问题。4-20mA是一种常用于工业控制的模拟信号传输方式,抗干扰能力较强,但接地环路问题仍然可能出现。 接地环路通常是由于系统中存在多个接地点,导致地电位差异,从而在回路中形成电流,引入干扰。这会影响到信号的准确性,尤其是在长距离传输时。用户的问题是如何消除这种干扰,所以我要考虑常见的解决方法。 首先想到的是使用隔离器。隔离器可以断开接地环路,通过磁隔离或光耦隔离来阻断地电流。比如,在变送器和接收端之间加装隔离模块,这样两边的地电位差就不会影响信号。不过需要考虑隔离器的类型和成本。 然后是单点接地策略。将所有设备的接地集中在一点,避免多点接地导致的电位差。但实际应用中,尤其是大型系统,可能难以实现完全的单点接地,可能需要结合其他方法。 接下来是差分信号传输。差分输入可以抑制共模干扰,提高信号质量。用户可能在接收端使用了单端输入,导致共模干扰被转换为差模干扰。改用差分输入或许有效,但需要检查现有设备的兼容性。 屏蔽电缆的使用也很重要。屏蔽层正确接地可以减少电磁干扰。通常屏蔽层应在单点接地,避免形成环路。但具体接哪一端需要根据情况而定,可能需要实验。 另外,电流环本身的抗干扰能力已经不错,但长距离传输时线路阻抗可能引起压降,导致地电位差。可能需要检查线路电阻,确保在允许范围内。添加稳压电源或调整供电位置也可能有帮助。 还有,共模扼流圈或滤波器可以滤除高频干扰,这对抑制噪声可能有作用。但需注意频率范围,选择合适参数。 最后,可能需要综合几种方法,比如使用隔离器加屏蔽电缆,同时确保单点接地。还要注意设备本身的接地是否良好,是否存在其他干扰源,比如电机或变频器,这些都可能引入噪声。 现在需要验证这些方法的可行性和实施步骤。例如,隔离器的安装位置,如何选择适合的型号;单点接地实际布线是否可能;差分输入是否需要更换接收设备等。同时,参考引用中的资料,是否有相关技术支持。例如,引用[1]提到Arborescence编码,可能与信号处理有关,但不确定直接关联。引用[3]关于能量代谢,可能不相关。引用[2]讨论无线电波接收,可能与干扰环境有关,但具体应用还需考虑。 可能还需要检查线路是否有破损或接触不良,这些物理问题也会导致干扰。此外,使用示波器或万用表测量地电压差,确定干扰的具体原因,再针对性解决。 总结,解决方案包括隔离、单点接地、差分输入、屏蔽电缆、滤波等,需根据具体情况组合应用。同时,实际测试和排查是必要的步骤。</think>### 4-20mA电路接地环路干扰的解决方法 接地环路干扰在4-20mA电路中通常由多点接地导致的地电位差引起,可能表现为信号波动或测量误差。以下是系统性的解决方案: #### 1. **使用信号隔离器** - **原理**:通过隔离变压器或光耦隔离,切断地回路的电流路径,阻断地电位差的影响[^1]。 - **实施**: - 在变送器与接收端之间安装隔离模块(如模拟隔离放大器)。 - 选择支持4-20mA的隔离器,确保其带宽和精度满足需求。 - **示例**: ```text 变送器 → 隔离器 → 接收端 ``` #### 2. **单点接地策略** - **原理**:消除多点接地的电位差。 - **实施**: - 将系统中所有设备的地线集中到同一接地点。 - 若无法完全单点接地,可仅在接收端接地,变送器端浮空。 - **注意**:长距离传输时需确保接地电阻足够低。 #### 3. **差分信号传输** - **原理**:利用差分输入抑制共模干扰。 - **实施**: - 接收端改用差分输入(如仪表放大器)。 - 使用双绞线传输信号,减少电磁耦合干扰。 #### 4. **屏蔽电缆的正确使用** - **原理**:屏蔽层可吸收外部电磁干扰。 - **实施**: - 屏蔽层仅在接收端单点接地,避免形成接地环路。 - 若电缆两端均需接地,可通过电容耦合高频干扰到地(如0.1μF电容)。 #### 5. **共模扼流圈与滤波** - **原理**:滤除高频噪声。 - **实施**: - 在信号线上串联共模扼流圈,抑制共模电流。 - 并联RC滤波器(如100Ω电阻+0.1μF电容)吸收瞬态干扰。 #### 6. **优化供电设计** - **原理**:减少供电路径引入的压降。 - **实施**: - 为变送器单独供电,避免与接收端共用电源。 - 使用线性稳压电源替代开关电源,降低高频噪声。 #### 7. **检测与排查** - **步骤**: 1. 使用万用表测量各接地点之间的电压差(若超过1V需优先解决)。 2. 断开部分设备,逐步缩小干扰源范围。 3. 用示波器观察信号波形,定位干扰频率。 --- ### 示例应用 若某传感器通过4-20mA连接至PLC时出现干扰,可采取: ```text 传感器(浮空) → 屏蔽双绞线(屏蔽层PLC端接地) → 隔离器 → PLC(单点接地) ``` 此方案结合了隔离、屏蔽与单点接地,能有效阻断地环路。 ---
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