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什么是地回路?如何消除地回路呢?

凡億PCB ? 來源:EDN電子技術設計 ? 2024-02-27 09:21 ? 次閱讀

如圖1所示,在互聯網時代到來之前,1990年1月18日的EDN美國版雜志就曾討論過這個問題,但在34年后的今天,我們有必要進一步詳細研究一下這個概念。

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圖1:1990年的“用電阻隔離地”設計理念檔案

圖片內容:

設計理念:用電阻器隔離地

系統設計專家堅持認為,除了一個公共點之外,您應該將模擬地和數字地完全分開。但是,如果您嘗試布置IEEE-488設備,標準的設備互連電纜的金屬外殼會將數字地連接到設備機箱,從而使您的最佳意圖落空。實際上,只要將電纜插入設備,就會形成地回路。

在這種情況下,最好的辦法是使用電阻器連接設備的兩個地。這樣,所有明顯的數字地電流都將流過電纜外殼的外部通路。取消1Ω電阻而使用電纜外殼作為唯一的地通路并不是一個好主意。如果需要在不插入電纜的情況下操作設備,這種配置會造成問題。

右圖:用一個1Ω電阻連接模擬地和數字地,可以消除IEEE-488系統中可能存在的地回路——該系統電纜的金屬連接器外殼會將數字地連接到機箱。

當時,GPIB(通用接口總線)控制器是Bertan 200-C488。被控制的模擬產品通常是Bertan 205A/210高壓電源之一。210系列高壓電源的輸出功率約為200W,雖然不是可能遇到的最大功率水平,但仍然足以產生一些熱量。

控制器和被控對象單獨分開放置時的樣子,如圖2所示。

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圖2:Bertan 200-C488 GPIB控制器和被控Bertan 205A/210高壓電源的方框圖

被控對象有一個模擬地,通過它可以施加控制模擬電壓,并獲得電壓和電流監控信號。被控對象還有一些基本的開/關信號。控制器有與之匹配的輸入和輸出。

在產品開發過程中,首次嘗試對兩者進行接口,效果并不理想(見圖3)。

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圖3:控制器和被控對象之間有地回路電流,其電流大小會干擾控制和監測

控制器和被控對象之間的電纜中發現有一個電流回路,其電流大小確實干擾了控制和監測。只有天知道是什么產生了僅僅幾毫伏電壓,就能通過僅僅幾毫歐電阻的回路產生很大的電流。

這是在設計過程中不經意掉入的陷阱(都是我的錯)。通過精心設計的隔離規定進行重大的重新設計,想想都覺得可怕,因此我們稍稍后退了一步,仔細研究并找到一個更簡單的補救措施。

由于控制器仍處于開發階段,我們意識到需要將其數字地和模擬地連接在一起,而在兩者之間添加一個1Ω電阻(如圖4所示)不會產生破壞性影響。

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圖4:對控制器和被控對象進行修改,用一個1Ω的電阻將控制器的數字地和模擬地連接在一起

有了這個電阻后,地回路的情況大為改觀(圖5),這意味著地回路中的電流大大減少,不會產生任何破壞性影響。電流本身并沒有變為零,但卻降低到了一個低得多的非破壞性水平。

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圖5:地回路電流減小后的控制器和被控對象

位于被控對象處的數字地和模擬地之間的硬連線連接與控制器無關,但隨著地回路電流的幅度大大降低,該電流已不再對任何設備產生明顯影響。

此外,如果控制器被斷開連接,通過修改后的接地布置,控制器仍能保持穩定。無論是否與其他設備連接,工作穩定性都不會下降。



審核編輯:劉清
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原文標題:什么是地回路?如何消除?

文章出處:【微信號:FANYPCB,微信公眾號:凡億PCB】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

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