1. Wstęp

W procesie projektowania obwodów uziemienie jest częstym problemem. Metoda uziemienia musi opierać się na konkretnych scenariuszach użytkowania i nie ma uniwersalnej metody uziemienia. W tym artykule wyjaśnimy istotę zagadnień uziemienia, którą warto dokładnie przetrawić.

2. Klasyfikacja uziemienia

Ten sam obwód sprzętowy może również różnić się metodami uziemiania, jeśli cel jest inny. Ogólnie rzecz biorąc, cel uziemienia określa metodę uziemienia. Pod względem wydajności uziemienie można głównie podzielić na cztery typy:

1. Bezpieczne uziemienie;
2. Uziemienie robocze, w tym uziemienie cyfrowe, uziemienie analogowe i uziemienie mocy;
3. Uziemienie przeciwprzepięciowe;

4. Uziemienie antystatyczne;

3. Cel uziemienia

Główne cele uziemienia dzielą się na trzy kategorie: niska impedancja do uziemienia, stabilna płaszczyzna uziemienia i uziemienie zrównoważone. Następnie omówimy głównie te trzy aspekty:
1. niska impedancja do uziemienia
Niska impedancja do uziemienia oznacza maksymalne zminimalizowanie impedancji pomiędzy płaszczyzną uziemienia. Należy rozróżnić tę impedancję w scenariuszach zastosowań o niskiej i wysokiej częstotliwości. Jeśli umieścimy duży opór pomiędzy płaszczyzną sygnału a
płaszczyzną uziemienia, jak pokazano na poniższym rysunku:

Analiza:
Gdy sygnały o niskiej częstotliwości przepływają z płaszczyzny sygnału do płaszczyzny uziemienia, duża indukcyjność jest równoważna bezpośrednio uziemionemu przewodowi, a charakterystyczną cechą jest w tym momencie niska impedancja.
Kiedy sygnały o wysokiej częstotliwości przepływają z płaszczyzny sygnału do płaszczyzny uziemienia, duża indukcyjność wykazuje dużą impedancję, a cechą wykazywaną podczas testowania jest wysoka impedancja.

2. Stabilność na poziomie gruntu

Stabilność uziemienia oznacza, że ​​impedancja względem uziemienia jest wystarczająca, a prąd jest łatwo odprowadzany bezpośrednio do uziemienia, przy czym na przewodzie prawie nie ma spadku napięcia. Będzie jak rozległy ocean, gdzie bez względu na to, ile rzek zbiegnie się, nie będzie żadnych niespodzianek.

3. Równowaga gruntu

W przypadku zasilaczy lub sygnałów tak naprawdę cenna jest dla nas często różnica ciśnień między nimi. Istnieje scenariusz, w którym gdy obwód jest poddawany zakłóceniom zewnętrznym, napięcie w obu płaszczyznach wzrasta jako całość (napięcie w trybie różnicowym pozostaje niezmienione, napięcie w trybie wspólnym wzrasta), jak pokazano na poniższym rysunku. W rzeczywistości obwód zwykle nadal działa normalnie i tego rodzaju scenariusz często spotyka się przy produkcji przedmiotów.

Impuls elektrostatyczny jest uderzany w płytkę drukowaną przez powietrze, a w przypadku obwodów lokalnych różne odległości nieuchronnie prowadzą do generowania różnic ciśnień indukowanych elektrostatycznie. W tym momencie, jeśli do oddzielenia tej płytki zostanie użyta metalowa płytka, nawet jeśli metalowa płytka unosi się w powietrzu, indukowane
pole elektryczne będzie jednolite dla płytki drukowanej znajdującej się za metalową płytką. Chociaż indukowane zakłócenia nadal istnieją, przynajmniej obwód jest w zasadzie zrównoważony. Oczywiście byłoby lepiej, gdyby ta metalowa płytka była uziemiona. Oczywiście napięcie w trybie wspólnym na ogół nie jest utrzymywane, ponieważ impedancja
linii przesyłowej jest nierówna, co często prowadzi do zakłóceń napięcia w trybie różnicowym. Najlepiej nie zajmować się problemem równowagi do gruntu, ale gdy nie ma takiej możliwości, np. w przypadku sprzętu pływającego, płytki drukowane, które muszą być narażone na działanie elektryczności statycznej, muszą uwzględniać kwestię równowagi do gruntu podczas ich ochrony
.

4. Zakłócenia sprzężenia wspólnego uziemienia

Zakłócenia sprzężenia wspólnego uziemienia są głównym problemem w radzeniu sobie z uziemieniem.

Na przykład w teatrze są trzy sale: sala a, sala b i sala c, z tylko jednym wyjściem. Gdy w trzech salach odbywają się trzy sesje jednocześnie, powierzchnia Sali C jest większa i może pomieścić więcej osób. Wyjście widzów z hali C będzie miało wpływ na wyjście personelu
z hali A i hali B. (Hala a, hala b i hala c odpowiadają trzem trasom powrotnym do ziemi, a chodnik jest równoważny wspólnej impedancji uziemienia )

Przykładowo na rysunku 1 rezystancja sekcji RAB jest częścią wspólną impedancji uziemienia, a prądy uziemienia Io, Ia i Id przepływające przez tę sekcję będą na siebie oddziaływać w tej sekcji;
Jeżeli te trzy prądy różnią się znacznie o 1-2 rzędy wielkości, nie można zignorować wzajemnego wpływu , szczególnie gdy słaba gałąź prądu doziemnego jest używana do pomiarów ilościowych, wzmacniania lub obwodów konwersji AD; Rysunek 2 izoluje wpływ Id na pozostałe dwie ścieżki; Rysunek 3 pokazuje, że wszystkie trzy prądy doziemne są izolowane oddzielnie.

5. Wspólne metody podstawowe

Podstawową ideą jest zapewnienie w projekcie niezależnego połączenia uziemienia zabezpieczającego, roboczego uziemienia cyfrowego, roboczego uziemienia analogowego, roboczego uziemienia mocy, uziemienia przepięciowego i uziemienia ekranującego. Wreszcie, podczas debugowania systemu, w zależności od problemu do rozwiązania pomiędzy różnymi regionami, to znaczy zgodnie z celem uziemienia, te punkty uziemienia są łączone w następujący sposób, w tym:

NIE.	Metoda uziemienia	Opisać
1	Bezpośrednio uziemiony	Ten typ drutu, odpowiedni do średnich i doziemnych częstotliwości, ma pewną indukcyjność pracy i rezystancję pracy, które mogą wpływać na zmienne prądy uziemienia o wysokiej częstotliwości. Pod wpływem indukcyjności kabel odgrywa dużą rolę w impedancji, co odpowiada uziemieniu o niskiej częstotliwości. Przy wysokich częstotliwościach uziemienie o dużej impedancji nie zapewnia niezawodnego przewodzenia przy wysokich częstotliwościach.
2	Uziemienie o wysokiej rezystancji	Cechą dużego rezystora jest to, że gdy pojawi się różnica ciśnień pomiędzy dwoma końcami rezystora, zostanie wygenerowany słaby prąd przewodzenia. Po rozładowaniu ładunku na przewodzie uziemiającym ostateczna różnica ciśnień między dwoma końcami wynosi 0 V. Ta funkcja ma zastosowanie, gdy pożądane jest rozładowanie ładunku, ale nie szybko.
3	Uziemienie o niskiej rezystancji	Problem, który muszą rozwiązać małe rezystory, polega na dodaniu tłumienia, które utrudnia szybką zmianę przeregulowania prądu doziemnego. Gdy prąd się zmienia, spowalnia narastającą krawędź prądu udarowego, co jest równoważne rezystancji dopasowującej między końcem wyjściowym oscylatora kwarcowego a końcem wyjściowym szyny, aby zredukować dzwonienie przeregulowania.
4	Uziemienie indukcyjne	Cewki indukcyjne, powszechnie stosowane w sytuacjach, gdy wzrastają wahania prądu, mają właściwość tłumienia zmian stanu obwodu. Poprzez połączenie cewek można wyeliminować szczyt i dolinę.
5	Uziemienie magnetyczne	Kulki magnetyczne, stosowane zazwyczaj pomiędzy słabymi sygnałami a masą, są odpowiednikiem rezystora zależnego od częstotliwości, wykazującego charakterystykę rezystancji i właściwości rozpraszania; Indukcyjność jest właściwością magazynowania energii, równoważną goleniu szczytów i wypełnianiu dolin. Zatem zwykle występuje stan szybkich, małych wahań prądu pomiędzy masą połączonych krzyżowo kulek magnetycznych, ponieważ kulki magnetyczne zostaną nasycone, a prąd będzie zbyt duży, aby go pochłonąć.

6. Metoda uziemienia dla bezpieczeństwa i ochrony przed przepięciami

Ponieważ przepięcia piorunowe i bezpieczne prądy uziemienia są na ogół znacznie większe niż szkodliwość prądów sygnałowych dla ludzi, zaleca się podłączenie tych dwóch punktów uziemienia oddzielnie do ziemi i połączenie ich w jednym punkcie z prawdziwym uziemieniem, szczególnie w przypadku uziemienia odgromowego .