模拟电路接地设计.docVIP

电子设备中，正确的“接地”是抑制噪声和防止干扰的重要环节。尤其对模拟电路，接地的好坏不仅影响系统的精度，有时甚至会影响电路的正常工作。笔者在上世纪七十年代初研制低速转台时、由于正处在 “文化大革命”的特殊时期，讲究的是“五一献礼”、“十一献礼”，急急忙忙赶进度，电路板间的连线非常混乱、根本来不及考虑接地的合理性问题。结果在调试时发现转台在低速（转12小时）运转时、有时会莫名其妙地受到干扰而失控，即转台在(极低的)稳速运转时有时会突然抖动一下、但立即又被纠正为正常的恒速工作。表明此时控制系统虽然处在稳定状态、但稳定裕度较低，稍稍受到外界的干扰就会出现自激、瞬间干扰去掉后又立即恢复为稳定的工作状态。为排除这个故障、前后花了两个月时间都没解决，最后只是把电路申的一条接地线从这个接地点挪到另一个地方接地、就解决了这个令人头疼的问题。后来通过小批量投产、工艺定型，比较仔细的考虑了接地的合理性问题，这种故障就再也没有出现过。 在一个由传感器、运算放大器、功率放大器、伺服电机及直流稳压电源等组成的工控系统中，对每一级来说都有接地问题，这里所说的“地”并非大地，可以理解为等电位点，即电路或系统的基准电位点。在由若干级运放串接组成的低频或直流放大器中，每一级都有自己的基准地电位。其输入、输出信号的大小和极性也都是相对这个基准地电位而言的。因此，当放大器前后级之间以及放大器与传感器相连时，它们的基准地都应该连在一起，即应是等电位的。而这些放大器与传感器又都由各自的直流电源供电，故这些电源的地也应与放大器的地连接在一起。在大多数工控系统中，来自传感器的信号经电压放大、功率放大后去控制执行机构(例如直流伺服电机在有些情况下伺服电机控制绕组的一端也需要接地。这样，当另一端来的是正信号时，控制电流经电枢流入地使电机正转;负信号时则电机反转。所以电机控制绕组的一端也应与放大器有一个公用的等电位基准地。这些应该接地的所有点需要用一根“地线”（导线）连接在一起，理想情况下、如果地线的电阻等于零，则电路中的所有接地点都接到这根地线上就可以了、如图1所示。但实际上不管是导线还是印制板上的覆铜布线、不可避免的都存在有一定的电阻值，电路申的各级电流流过地线时。就会在地线上产生虽然非常小、但也会有一定量值的电压降，这就使得本应都等于零电位的各个接地点间产生了微小的电位差，相对于真正的地电位这些由地线电流所形成的电压降就作为一种干扰信号被加到各个放大级的输入端，如图2所示。当形成的干扰比较大时就会影响电路的精度和稳定性，尤其对高增益电路甚至可能影响整个系统的正常工作。 应该怎样接地才能把这种影响减到最小呢?让我们通过图2所示的三级放大电路来说明这个问题。在单电源供电时，由于各级电路中的所有电流最终都要流回到电源负端，通常我们也是把它作为 “地”电位的基准。如图2每级放大器都采用一点接地、各级放大器之间通过地线接到电源负端，由于各级放大器的工作点电流和信号电流幅度是逐级增大的。因而流过最后一段地线的电流包括了前三级的信号电流，其中第三级信号电流已经过包括自己在内的前三级放大、因而电流最大，在此段地线上的电压降U3也最大；根据同样的道理、在中间段地线上的电压降U2次之;最前面那段地线上的电压降Ul最小。相对于基准地而言，此时加在输入级的除去真正的输入信号U以外、应该还包括作为干扰源的的地线压降Ul+U2+U3，相对较强的干扰再经过三级放大，在输出信号中就包括了较大的误差成分。如果将电源负端、即电路的基准地。由图2的第三级改接到电路的输入级、如图3所示，则仅有输入级非常微弱的信号电流在第一级地线上的电压降才会形成对输入级的干扰，而信号已经很强的第三级地线干扰仅对后级起作用，由于第三级放大倍数相对前三级总放大倍数要小得多，因而对输出的影响也要比前一种接法小得多。当然，如果能将电路中所有的接地点全部接在一个点上，即形成全电路真正的一点接地，地线干扰就不存在了。但不管在印制板布线或复杂电路系统的接地连接时，都很难做到真正的一点接地。因而。在印制板布线时、应该将基准地(即电源地)接到放大器地线的输入级，如图3所示。此外，布线时印制板上的地线应尽可能短捷并有足够的宽度、以降低地线电阻。对于由多块印制板组成的电路系统，每块板的地线都应独立接到电源基准地线上(即一点接地)，而不应相互串接。 对数字电路或振荡器等工作在开关状态的非线性电路，由于传输的信号是开关量，相对模拟信号而言其抗干扰能力很强，这种地线千扰无关紧要，印制板布线时无需过多考虑。 图4所示为高精度恒温槽控制电路，输入级为