黑色沙漠驴子任务:接地技术

我先给出一个斩钉截铁的答案：“没有”。那咋办呢，我们总不能像中国的厨师一样，教徒弟炒菜时，用到的配料都是“少许”“颜色微黄”“微焦”等感觉性词语吧，当然不是。为了更好的明了接地的技巧方法，下文中将不再讲究任何的文字技巧，而是一针见血的道出接地问题的本质来。

接地方式←接地目的←接地的功能，所以采取哪种接地方式，要看地是哪类地，这类地的作用目的是什么，这两个问题解决了，接地方式则可水到渠成。

接地的目的决定了接地方式。同样的电路，不同的目的，可能都要采取不同的接地方式。这个观点一定记住。比如同样的电路，用在便携设备上，静电累积泄放不掉，接地的目的是地电位均衡；用在不可移动的设备上，一般会有安全接地措施，对静电泄放的接地目的是导通阻抗足够低，尤其是对于尖峰脉冲的高频导通阻抗。

一下讲解地的注意事项分成几个独立的观点分别介绍，每一条的内容虽然简单，建议一定反复读上N遍，象面对一杯好茶，让心跳在60bpm以下的状态，细细的品，感觉其中的美感和内涵。然后才可能从简单的词语中悟出深刻的道理来。

从性能分，接地分成四类：

安全接地、工作接地(数字地、模拟地、功率器件地)、防浪涌接地(雷击浪涌、上电浪涌)、防静电接地。

前文书中讲过，“接地的目的决定了接地方式”，目的即指其实现的功能。基本上所有的接地都可以归结到这四类里面来。每个接地前都要先明确该接地属于哪一种。

接地追求的目标是地阻抗低、地稳定、地均衡

地阻抗低很好理解，用粗的线缆即可，但有一个问题一定不能忽视，比如我通过一个大电感接地了，如果地线上跑的地电流的波动频率是 0.00000001Hz，这个大电感的感性效应表现得就很不明显，等同于直接接地了，但如果波动电流是1,000,000Hz的话，感抗=j ω L=j 2 π f L，就显得很大了，这种情况下，相当于高频接地很差。各位看官可能会说了，你胡来吧你，谁会用个大电感接地呢，第一是在某种状态下会有这种方式的，第二是即使不这样接个电感，普通电缆的走线电感在高频下也是不容忽视的。总结为一句话，低频接地 ≠ 高频接地。即低阻抗的接地要分析是属于高频还是低频的接地。

地稳定是比较好理解的，一般来说，接地阻抗足够低的话，地电流泻放容易，且不会在底线上产生啥子压降，就如一个超大的电容，电荷的海洋，具有无限宽广的胸怀，多少进来都波澜不惊。

地均衡比较容易被忽视，对于一个信号来说，有用部分是两条线上的压差，如果地线漂移了，两条线上对地线的压差同等的上升或下降，即差模电压值维持不变，共模电压发生变化，其实电路功能是照常实现的。就像水涨船高，您比我高3cm，站在船上，船上浮了，您依然还是高我3cm。这种情况在静电防护的时候常用到，一个静电脉冲通过空气打到电路板上，针对局部的电路，距离远近的不同，肯定会导致产生静电感应的压差。这时候用一块金属板隔一下的话，即使该金属板浮空，对金属板后面的电路板来说，感应的将是均匀的电场，虽然感应干扰仍然存在，但起码电路上是基本均衡的。当然如果此金属板接地更好啦。当然共模电压一般不会维持住，因为传输线的阻抗不均匀，往往会转成差模电压干扰，地均衡的问题最好不要让我们面对，但没办法的时候，如浮地设备，不得不受到静电冲击的电路板，防护时候要考虑地均衡问题。

共地阻抗耦合干扰

共地阻抗耦合干扰是接地里面每天都要面对的核心问题，并且几乎逃避不开。就像电影院里散场的时候，你从最里头的一号厅出来，没几个人，走来很通畅，突然二号厅也散场了，一下子通道就拥挤了，再继续前行，坏了，三号厅正在放观众入场，一下子，人流就波动起来了。这和共地阻抗是一个原理，信道相当于地线，人相当于电流。如果一、二、三号厅流动的人差不多，相互之间影响不太大，但如果3号厅是大厅，人员是一、二号厅的好多倍，那进出三号厅的人员将会对一、二号厅人员流动速度的影响很大。一、二、三号艇的客人都要走过的这段路就成了共地阻抗。

以下图为例，图1中，RAB段的电阻就是共地阻抗部分，流过这段的地电流Io、Ia、Id三部分在这段会相互影响；如果这三个电流差别较大，差出了1-2 个数量级的话，相互之间的影响就不可以忽视了，尤其是某个弱地电流支路是用于定量测量、放大或AD转换电路的时候；图2则把Id对另外两个之路的影响隔离掉了；图3则是三个地电流全部分别隔离了。

较通用型的接地方法

这个标题用了个“较”字，是有原因的，因为通用的接地方法根本不存在，这只是个基础的模型，真正使用中的时候，还需要结合实际情况灵活变通处理，就像语言，同样一句话“你讨厌”，用不同语气讲出的时候，传递的信息可是千差万别。 基本思路是，在设计上，把安全保护地、工作数字地、工作模拟地、工作功率地、雷击浪涌地、屏蔽地先确保各自独立的单独连接，最后在系统联调的时候，再根据各地之间要解决的问题，即根据接地的目的，将这几个地按照下列的之间的联接方式处理下，连接方式包括：

a地——地间黄绿导线直联

这种接法最好理解，就是简单的使两个地可靠的低阻抗导通。但切记，此种接法仅限于中低频信号电路地之间的接法。因为这类导线上有一定的走线电感和走线电阻，对高频波动地电流，在电感作用下，电缆起到的是大阻抗的作用，相当于低频接地，高频下大阻抗接地了，基本不能实现高频下的可靠导通。

b地——地间宽扁平电缆直联

扁平电缆主要是解决上面导线直联不能解决的问题，静电测试工作台的接地电缆不用直线就是这个道理，它在高频下可以实现地阻抗对地导通。

c地——地间大电阻连接

大电阻的特点是一旦电阻两端出现压差，就会产生很弱的导通电流，把地线上电荷泻放掉之后，最终实现两端的压差=0V，这个特点在希望电荷泻放，但又不希望快速泻放的时候，会表现得淋漓尽致。生产工作现场的防静电台垫，导通电阻一般是106-109欧，就是这个目的。防静电台垫相当于是工作电路板的地与保护大地间的大电阻。 c地——地间电容连接 电容的特性是直流截止，交流导通，对希望实现这类功能的场合可以考虑采取此方法。比如一个开关电源供电的产品，外壳和保护接地连接，里面的电路板上的地有杂乱波动干扰，但又无处泻放的话，在24V、12V、5V等的直流电源地与保护接地间跨接大电容，波动可以被泻放掉，但直流成分能保证是较稳的；注意，这种情况下，保护地和外壳地的稳定不能保证的话，效果可能会适得其反欧。

d地——地间磁珠连接

在这里，磁珠的特性需要明确一下，很多工程师经常把磁珠与电感划等号，这是根本性错误。磁珠等同于一个随频率变化的电阻，它表现的是电阻特性，是耗损性质的；电感则是储能性质的，相当于销峰填谷。所以跨接磁珠的地之间一般是有快速小电流波动的状态，因为磁珠会饱和，电流太大了，它消耗不了。一般用在弱信号的地——地之间。

e地——地间电感连接

电感具有抑制电路状态变化的特性，通过电感的连接，可以销峰填谷，对于有较大电流波动的地——地，跨接电感可以解决这个问题。

f地——地间小电阻连接

小电阻要解决的问题是增加了一个阻尼，阻碍地电流快速变化的过冲，在电流变化时候，使冲击电流上升沿变缓，相当于晶振输出端、总线输出端为减少过冲振铃的匹配电阻。

安全地、防雷击浪涌接地的接法

因为雷击浪涌、安全地的电流一般会远大于信号电流对人的危害，这两个接地建议分别单独接到大地，在真正的大地处单点相接，尤其是防雷击接地。

这篇文章耗时大约月余，各种思路一直盘旋于心，却有无从做起，在我的身上，也印证了接地这个问题与我们的关系，最熟悉又最陌生，最简单又最复杂，最易上路又最难达到终点。希望通过粗浅的总结，为我们浮在云里雾端的接地设计提供一个落地的云梯，使接地的设计真正能接到地气上来。

作者：武晔卿 有几次做培训的时候，答疑期间屡屡被问到一个问题，“接地是产品安规设计和电磁兼容设计的一个极重要的问题，并且听起来很简单，几乎每个设计者都在做，但真正做好的也不多，你能不能给出一种好的接地方法来，总结成放之四海而皆准的接地设计规律来”。提出此看法的工程师有电力电子设备的、医疗电子设备的、还有IC设计的和大型强弱电综合系统集成的，这些不同的专业，又因为其应用环境的不同，产品特点的不同而导致了接地的各种特色。经过了半年多的思考提炼，我把接地的规律性、基础性的思维方法总结出来，希望它能成为放之四海而皆可用的万能钥匙。

接地的定义是电流回流的最小阻抗路径。此定义有点晦涩难懂，但它有一点是很明确的，它秉承了“有奶便是娘”的人生哲学，是典型的机会主义，哪条通路阻抗小，电流就往哪条路去，这一条提示我们注意：接地的导通通路未必就是我们所认为所设计的那条路径，因为那条路径可能不是最小阻抗的，千万不要想当然认为我给你画出了路子，你就必须得走。鲁迅先生写道“世上本没有路，走的人多也便成了路”。所以电路设计中，要有意识的将可能但我们不希望产生电流接地通路的地方cut掉，让电流走唯一的路径到地，我们设计的措施也将会针对性强得多。

这里面有一个最简单的设计例子，电路板的安装柱一般用金属的，并且习惯性的接到金属壳上去，将电路板的信号地和外壳保护地接了起来，此方法正确与否下面会有专题探讨，这里只说一点，安装柱一般不会只有一个，这样的原因，电流的回流路径就可能不止一个了。信号连接器的外壳是否接地、屏蔽电缆层是否接地、金属机箱的各组成壳体之间的接触是否良好、外壳或固定电路板的金属安装板之间的连接阻抗是否足够低，等等地方都会涉及到这个问题。所以地通路要做被设计者玩弄于股掌之间，运筹于帷幄之内。

地有几个作用，在不同的地方作用可能不同，要识别清楚，因为不同用途的设计重点可能不同，就像男人，在单位的是经理，在家里是修理工。地主要有三个作用，信号回流、平衡电位、泄放电流。区别在哪呢？

回流就是去流信号要从地线回来，地线的阻抗大了会产生压降引起信号失真、信号和地组成的环路会引入空间辐射干扰(右手定则可以分析出来)、非独立地线(公用地线)会因为甲信号的波动导致地线漂移，而乙信号受到影响。如下图：GA段和AB段是公共阻抗，电路1、电路2、电路3流经公共阻抗的回流信号会导致地线基准发生飘移，如果电路1和电路2之间发生了信号的传递，地线基准的不同将引起信号数据的失真。这个就是多点接地、单点接地、混合接地的问题。

如果是平衡电位的，地线各部分之间导通电阻就要足够小，不然不能做到地电位的均衡性。如果是泄放电流的，就要保证入地阻抗足够低，并且地线要能耐大电流，比如防雷接地的地线。

另一个就是静电接地和普通接地的区别。一提到接地，都是阻抗越低越好，但对静电接地不然，静电接地阻抗一般在1M-1000M欧姆，原因是阻抗太高等同于绝缘，积累的电荷泄放不掉，这个道理与普通接地无异，但导通阻抗太低，泄放得太快也不是好事，因为在有用电路上积累的静电荷，如果瞬间泄放的话，会导致不可控的电路上有瞬间尖峰电流通过，对芯片内部的走线、PCB的信号线、电气接触的触点等地方会产生影响，导致不可见的累积性损伤，当时看不出来，日久年深出现问题，比如电容的漏电流超标就可能是其一个可能的后果。

虽然地的作用都是把电荷导入大地，那是否保护接地、防雷接地、信号接地是否可以接到一起。答案自然是不能，原因何在？雷电浪涌的释放电流偏大，瞬间释放，即使导通阻抗再低，也会产生很大压降，这个电压对其它弱信号的影响就大了。另外，这个电荷瞬间泄放不掉的话，还会反激到其他电路中去。打雷时家里电器被毁有一些就是这个因素。

接地设计还有个容易产生问题的误区，我们常常把地接上了，万用表一测，导通阻抗很低，就基本不会考虑接地的啥问题了，但正应了一句话“很多人不是死于疾病，而是死于治疗本身”。这里面恰恰就有一个微观的问题，接地线本身如果仅是一根铜线的话，虽然导通阻抗不高，但万用表测出的仅仅是直流电阻，而线缆上是有电感的，低频或直流时候，电感效应不明显，在高频的时候，接地线的高频阻抗就很大了，地线上的高频干扰不能被及时泄放掉，于是会产生电磁兼容问题，因为地线的波动会与信号端产生差模干扰。一般的专业接地设备、或在电磁兼容实验室里，接地都用扁平金属蛇皮电缆或宽的铜皮，其道理就是减小地线的电感效应，达到低高频阻抗的目的。这是一个高频思维的问题，要把它和直流思维分开。

多点接地、单点接地、混合接地到底哪一个好，这是一个已经争论了很久，估计还将持续争论下去的话题，给出一个经验型的参考来。首先鼓励单点接地，但当单点接地情况下，地线的长度大于或等于线上信号波长的1/20的时候，就不能单点接地了，要换成多点接地，且接地点之间的距离不超过信号波长的1/20。

曾经碰到过这样一个案例，A设备接地良好，单机调试ok，在机房与B机信号电缆相连，只要一连上，空开就跳闸，漏电流超标，两台设备单独用时都没问题。这是一个系统接地和单机接地的问题。这在具体设计时候进行控制和分析即可，没有太特别的地方。只是注意尽量不要为其他设备提供辅助电源，尽量考虑现场接地不良情况下对机器可能的影响，因为接地不良经常存在。

以上简单论述了接地几个需要注意的地方，也是比较常见的问题和误区。希望引起足够的警惕，避免“沉舟侧畔千帆堕，病树前头万木枯”的局面发生起来。

作者：武晔卿