这是几个不同的问题:模拟地和数字地,顾名思意也就是模拟电路和数字电路接地。
1 数字地和模拟地应分开;

在高要求电路中,数字地与模拟地必需分开。即使是对于A/D、D/A转换器同一芯片上两种“地”最好也要分开,仅在系统一点上把两种“地”连接起来。
2浮地与接地;
系统浮地,是将系统电路的各部分的地线浮置起来,不与大地相连。这种接法,有一定抗干扰能力。但系统与地的绝缘电阻不能小于50MΩ,一旦绝缘性能下降,就会带来干扰。通常采用系统浮地,机壳接地,可使抗干扰能力增强,安全可靠。
3一点接地;
在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。通常频率小于1MHz的电路,采用一点接地。
4多点接地。
在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路,采用多点接地
如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。不短接又不妥,理由如上有四种方法解决此问题∶1、用磁珠连接;2、用电容连接;3、用电感连接;4、用0欧姆电阻连接。
磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显着抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合。
电容隔直通交,造成浮地。
电感体积大,杂散参数多,不稳定。
0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。
下面再说说机壳地与数字地,模拟地的关系:
一般机壳地接交流供电电源的地线(不是零线),目的是为了防止操作人员触电(机壳与大地、人体等电位)。
机壳地一般可和设备的电源地连接在一起,但是:
数字电路、模拟电路的工作地原则上严禁与设备的电源地直接连接!原因为设备本身发生漏电或遭遇强电磁场干扰时,数字电路、模拟电路会受此噪声干扰导致错误动作,严重的会导致机器毁损!!!
主要因为数字电路、模拟电路的工作电平一般为33-155V(155V一般用于232接口通讯的最高电平);而通常电源回路的电平一般在市电范围(AC220V±10%),远远大于数字电路、模拟电路的工作电平。尤其市电本身可遭遇雷击、错相、高压击穿等故障更可导致其瞬时电平远远大于其正常电平(最高可达22倍)。因此为确保安全一般数字电路、模拟电路的工作地均会与设备的电源地、机壳等隔离或者采用不同的接地系统。
顺便说一点:目前的电磁炸弹攻击就是通过在设备所处的空间发散高频、高幅的电磁场而引起设备的数字电路、模拟电路等核心工作电路部分的元器件发生损坏而达到目的!
把几个地接在一起就是你说的系统地。一般是把地分成初级与次级两个地,地之间可以通过电阻、电容相连,初级电路的高、低压之间和初、次级电路间严格保证安规间距要求。机壳地为初级,而数字地为次级。安装孔焊盘上可以分布8个小孔呀,有时叫它星月焊盘。
光电隔离的作用
本文将介绍各种探头的类型和用法
什么是探头:
示波器是电子工程师最常用的测量仪器,而示波器探头毫无疑问是示波器最常用的配件。示波器探头是连接被测电路与示波器输入端的电子部件。没有探头,示波器就成了个摆件,只能作为装饰品啦。
在选择示波器探头之前,我们最好看看示波器的说明书,了解我们使用的示波器适合怎么样的探头。下面几点我们认为应该是在选探头时比较重要的:
确保探头的接口和我们示波器的接口相匹配。大多数示波器的探头接口都是BNC接口。有的示波器可能是SMA接口。
观察选择的探头的输入阻抗和电容是否和示波器的输入阻抗和电容相匹配。因为我们都希望探针对被测电路的影响降到最小。探头阻抗和电容同示波器的匹配程度会大大影响测量信号的精确度。
BNC接口
SMA接口
有的示波器会支持 50 Ω or 1 MΩ 输入阻抗切换。但对于大多数的测量,1 MΩ 是最最常见的。50 Ω 的输入阻抗往往被用于测量高速信号,比如微波。还有逻辑电路中的信号传输延迟和电路板阻抗测量等。
示波器的输入阻抗往往可以定格为 1 MΩ 或 50 Ω, 但示波器的输入电容却受带宽和其它设计因素影响。通常而言,1 MΩ阻抗的示波器常见的输入电容为14pF。这个数值也可能在5pF到100pF之间。所以为了让探头匹配示波器的输入电容,在选择探头之前要了解探头的电容范围,然后通过校准棒来调节探头的电容,这就是探头的补偿,也是我们使用探头时应该注意的第一步。
那么我们需要多少个探头和哪些探头呢?
根据我们测量需求的不同,对探头的数量和种类要求也是不同的。这有点像玩单反的人,也许他只有一台相机,但是往往却有很多个镜头。比如说,如果只是简单的测量直流电压,那么1 MΩ的无源探头基本就足够了。然而如果是电源系统测试中经常要求测量的三相供电中的火线与火线,或者火线与零(中)线的相对电压差,那么我们就需要用到差分探头了。
差分探头无源探头
无源探头是最常见的探头,一般购买示波器的时候厂家就会标配几个。常见的无源探头由探头头部、探头电缆、补偿设备或其他信号调节网络和探头连接头组成。在这些类型的探针中没有使用有源元件,如晶体管或放大器,所以不需要为探头供电。总的来说,无源探头更常见,更容易使用,也更便宜。常见的无源探头可调衰减比例有:

1×: 没有衰减
10×: 10倍衰减
100×: 100倍衰减
1000×: 1000倍衰减
无源电压探头为不同电压范围提供了各种衰减系数。在这些无源探头中,10×无源电压探头是最常用的探头。对信号幅度是1V峰峰值或更低的应用,1×探头可能比较适合,甚至是必不可少的。在低幅度和中等幅度信号混合(几十毫伏到几十伏)的应用中,可切换1×/10×探头要方便得多。但是,可切换1×/10×探头在本质上是一个探头中的两个不同探头,不仅其衰减系数不同,而且其带宽、上升时间和阻抗(R和C)特点也不同。因此,这些探头不能与示波器的输入完全匹配,不能提供标准10×探头实现的最优性能。
探头衰减是通过内部电阻器来扩大示波器的电压测量范围的,该内部电阻器与示波器的输入电阻一起使用时,会创建一个分压器。 例如,一个典型的10x探头装有一个内部9MΩ电阻器,当与1MΩ输入阻抗的示波器连接使用时,会在示波器的输入通道上产生10:1的衰减比。 这意味着示波器上显示的信号将是实际测量信号幅度的1/10,所以我们往往还需要去示波器的通道设置里将衰减比也调成10X。
此衰减功能使得我们可以测量超出示波器电压限制范围的信号。而且衰减电路会导致较高的电阻(通常是一件好事)和较低的电容,这对于高频测量很重要。
10X无源探头原理图有源探头
由于有源探头里包含了类似晶体管和放大器的有源部件,需要供电支持,因此称作有源探头。最常见的情况下,有源设备是一种场效应晶体管(PET),它提供了非常低的输入电容,低电容会在更宽的频段上导致高输入阻抗。有源FET探头的规定带宽一般在500MHz ~4GHz之间。除带宽更高外,有源FET探头的高输入阻抗允许在阻抗未知的测试点上进行测量,而产生负荷效应的风险要低得多。另外,由于低电容降低了地线影响,可以使用更长的地线。有源FET探头没有无源探头的电压范围。有源探头的线性动态范围一般在±06V到±10V之间。
有源探头差分探头
差分探头测量的是差分信号。差分信号是互相参考,而不是参考接地的信号。差分探头可测量浮置器件的信号,实质上它是两个对称的电压探头组成,分别对地段有良好绝缘和较高阻抗。差分探头可以在更宽的频率范围内提供很高的共模抑制比(CMRR)。 差分信号和普通的单端信号走线相比,最明显的优势体现在以下三个方面:
抗干扰能力强,因为两根差分走线之间的耦合很好,当外界存在噪声干扰时,几乎是同时被耦合到两条线上,而接收端关心的只是两信号的差值,所以外界的共模噪声可以被最大程度抵消。
能有效抑制EMI,同样的道理,由于两根信号的极性相反,他们对外辐射的电磁场可以相互抵消,耦合的越紧密,泄放到外界的电磁能量越少。
时序定位精确,由于差分信号的开关变化是位于两个信号的交点,而不像普通单端信号依靠高低两个阈值电压判断,因而受工艺,温度的影响小,能降低时序上的误差,同时也更适合于低幅度信号的电路。目前流行的LVDS就是指这种小振幅差分信号技术。
差分放大原理是指一对信号同时输入到放大电路中,然后相减,得到原始信号。差分放大器是由两个参数特性相同的晶体管用直接耦合方式构成的放大器。若两个输入端上分别输入大小相同且相位相同的信号时,输出为零,从而克服零点漂移。
差分探头原理图电流探头
也许你会想,用电压探头测得电压值,除以被测阻抗值,很容易就可以获得电流值,为啥要专门搞个电流探头来测?因为实际上,这种测量引入的误差非常之大,我们一般不采用电压换算电流的方法。电流探头可以精确测得电流波形,方法是采用电流互感器输入,信号电流磁通经互感变压器变换成电压,再由探头内的放大器放大后送到示波器。电流探头基本上又分成两类, 交流电流探头和交直流电流探头,交流电流探头通常是无源探头,无需外接供电,而交直流电流探头通常是有源探头。传统电流探头只能测量交流交流信号,因为稳定的直流电流不能在互感器中感应电流。交流电流在互感器中,随着电流方向的变化,产生电场的变化,并感应出电压。然而,利用霍尔效应,电流偏流的半导体设备将产生与直流电场对应的电压。所以,直流电流探头是一种有源设备,需要外接供电。
交直流电流探头最后我们来看几点和探头有关的建议:
对探头进行正确的补偿:不同的示波器输入电容可能不同,甚至同一台示波器不同通道也会有略微差别。为了解决这个问题,学会给探头补偿调节是工程师应该掌握的最基本的技能。
探头与被测电路连接时,探头的接地端务必与被测电路的地线相联。否则在悬浮状态下,示波器与其他设备或大地间的电位差可能导致触电或损坏示波器、探头或其他设备。
尽量将探头的接地导线与被测点的位置邻近。接地导线过长,可能会引起振铃或过冲等波形失真
对于两个测试点都不处于接地电位时,要进行“浮动”测量,也称差分测量,要使用专业的差分探头。
探头对示波器的测量至关重要,首先要求探头对探测的电路影响必须达到最小,并希望对测量值保持足够的信号保真度。如果探头以任何方式改变信号或改变电路运行方式,示波器看到实际信号会失真比较严重,进而可能导致错误的或者误导性的测量结果。通过以上介绍得出,探头的选购和正确使用有许多值得我们注意的地方。
干扰分析电子地磅(汽车衡)如何预防
一、信号隔离:
其目的在于从电路上把干扰源和易受干扰的部分隔离开来,使测控装置与现场仅保持信号联系,而不直接发生电的联系。隔离的实质是把引进的干扰通道切断,从而达到隔离现场干扰的目的。测控装置与现场信号之间、弱电和强电之间,常用的隔离方式有光电隔离、继电器隔离、变压器隔离、隔离放大器等。另外,在布线上也应该注意隔离。
二、光电耦合器:
将发光元件和受光元件组合在一起,通过电-光-电这种转换,利用“光”这一环节完成隔离功能,使输入和输出在电气上是完全隔离的。根据受光元件的不同可分为晶体管输出型和晶闸管输出型两类。
光电耦合器具有三个特点:①信号传递采取电-光-电的形式,发光部分和受光部分不接触,能够避免输出端对输入端可能产生的反馈和干扰,②抑制噪声干扰能力强;③具有耐用、可靠性高和速度快等优点,响应时间一般为数 以内,高速型光电耦合器的响应时间有的甚至小于10ns。
三、固态继电器:
固态继电器按使用场合可以分为交流型(AC-SSR) 和直流型(DC-SSR)两类,它们分别在交流或直流电源上做负载的开关,不能混用。
四、隔离放大器:

为完成地线隔离,将放大器加上静电和电磁屏蔽浮置起来,这种放大器叫隔离放大器,或叫隔离器,其输入和输出电路与电源没有直接的电路耦合关系。常用的隔离放大器有Analog Devices公司的AD277J、AD202、AD204、AD289、AD290、AD210、AD281等。
五、线性光电隔 离放大器:
利用发光二极管的光反向送回输入端,正向送至输出端,从而提高了放大器的精度和线性度。放大器的输入端和输出端是用光隔离的,所以不存在电气连接。常见的线性光电隔离放大器有Burr-Brown公司的ISO100、3650和3652。
电子地磅(汽车衡)所处工业环境中的干扰源及耦合途径,针对电子称重系统,详细介绍了能有效抑制绝大部分类型干扰的屏蔽和屏蔽接地措施技术。 一、随着传感器技术、电子技术和计算机技术的迅猛发展,及其在电子称重技术中的的广泛应用,大大地推动了电子称重技术的向前发展,使之迈上了一个新台阶。电子地磅仪表系统中称重传感器和称重显示仪表的性能,促使称重传感器和称重显示仪表在智能化、多功能化、集成化、高精度和高分辨率等方面向前迈进了一大步,从而提高了电子称重系统的称量准确度和分辨率。由于大部分电子地磅所处的工业环境条件比较恶劣,其仪表系统经常受电磁辐射、静电感应、电磁脉冲、雷击放电、高频噪声和地电位不平衡等有害因素影响,这些干扰通过一定的耦合方式,和一定的耦合通道进入测量系统的信号回路,使有用信号发生误差,歪曲测量结果,从而致使仪表系统的称量精度、灵敏度和可靠性降低,严重时甚至使仪表系统完全不能工作。因此必须采用相应的抗干扰技术和措施,有效地抑制各种干扰,最大限度地降减干扰的影响和危害,从而保证电子地磅称重的准确可靠和示值的稳定。 二、工业环境中干扰源及耦合通道:干扰产生于干扰源,其种类及引入的原因、途径多种多样。有单一干扰,也有多种原因造成的相互叠加的复杂干扰。放置电子地磅的大地表面不一定是理想的零电位,如各种电气设备的接地装置、建筑、构架的避雷针接地桩等,都能使地面电位产生很大的差别,并且随时会有变化。因此,电子地磅的接地装置若设置不妥,反而会由接地导线引入干扰,这些干扰主要是通过下列方式和耦合途径引入电子地磅重系统的。 三、空间中的干扰源及耦合途径 1、输电线路周围存在着 50Hz 的交变电磁场,假如仪表系统中的信号电缆有一段相当的长度与输电线平行,则此时仪表系统与大地之间形成的封闭回路相当于一匝线圈,工频交变磁场就会在信号线上激发起一个相当量值的电动势。尤其是大功率输电线路,即使远离信号电缆,由于电流较大,仍然会通过电磁感应和静电感应两种途径,在信号线上引起干扰。 2、大容量变压器和大功率电动机,会产生相当大的漏磁磁通,致使影响区域内的信号线产生工频电磁感应噪声。 3、射频电磁场的干扰,地球表面的任何空间,因广播、电视、通信、邮电和雷达等没备收发信号及企业的高频淬火等原因,而存在着数以千计的各种频率的射频电磁场,仪表系统的信号线此时则相当于一根接收天线,尽管远离各种发射台,但仍会以电磁辐射耦合方式(天线效应)引入射频干扰。 四、干扰引入的途径之三———共接地线的对地电流引入的阻抗干扰 干扰电路和被干扰电路共用一接地线,则会引起共阻抗噪声。仪表系统中若干个传感器与称重仪表共用一接地线,则称重仪表地线或某一个传感器地线入地电流的变化,就会在这条公共接地线始端产生电位变化,从而对其它单元产生干扰。为提高接地的可靠性,避免对地电流引入的阻抗噪声,接地线不能串联使用,可采朋共用一组接地装置的并联方法。只要接地线尽量粗,布置对称并减少线路电阻,就能保证共接地电位不变。 通过以上分析,为减少地电位变化引入的干扰,应采用信号线屏蔽系统单端入地,并加大接地线截面积(一般应大于 6mm2),以减少接地线电阻。 五、抗干扰技术和措施 干扰问题的形成是因为干扰源的存在,抗干扰的原则就是抑制干扰源。这些干扰源发出的噪声通过一定的耦合通道,对仪表系统产生影响。为了避免和减少干扰的影响,在设计仪表时就应考虑其抗干扰能力,而找出并采取措施消除干扰源,也是同等的重要。 为防止干扰的传播和耦合,常用抑制干扰源的措施有:信号导线的扭绞、屏蔽、接地(即为扰信号提供泄放通路)、浮置(即阻断干扰信号的通路)、平衡、滤波和隔离等。其中,屏蔽(即静电屏蔽和磁场屏蔽两种)、屏蔽接地技术和措施是本文所要重点介绍的。因为尽管日益先进的仪表技术可采用各种相应的措施来抑制各种噪声,但以消除干扰源为目的的屏蔽和屏蔽接地技术,对绝大多数类型的干扰信号,都是一种有效的抑制手段,尤其对变化频率与称重信号一致的干扰信号,仪表技术就无法抑制,只有强化屏蔽措施,如双层屏蔽或同轴电缆等措施予以克服。 六、称重传感器的接地 称重传感器与大地之间可以完全浮地,也可以通过外壳上的接地螺钉与接地桩有可靠稳定的连接,可视具体情况而定。如果不存在由接地导线传播途径引入的干扰,则对于一般电子地磅,传感器与安装底座之问不设置绝缘垫,而是与电子地磅的预埋铁板或地脚螺钉直接连接。为满足抗共模干扰的要求,传感器与大地之间应设置专用接地桩,并与传感器外壳可靠连接。传感器妥善接地后,不但有效地抑制地电位变化引入的共模干扰,而且还能消除因空间电磁场、静电感应等影响因素而在桥路网络上产生的干扰信号,因为传感器外壳本身就是一个外屏蔽罩,可保护传感器的弹性体内部的应变片的电子线路。 七、信号电缆的屏蔽和接地 仪表系统中的信号传输应用最普遍的是有线传输,有线传输方式中多数为电压传输。由于信号线上传输的低电平电压信号很弱,一般为 mV级;并要且通过一定距离传输至称重仪表。因此除有用信号外,因各种原因,经常会有一些与被测信号无关的电压或电流存存,从而使干扰进入称重仪表。为减降信号传输环节引入的干扰噪声,可采取以下有效措施: 1、信号电缆采用屏蔽电缆。在实践中,我们多将屏蔽层在仪表处单端接地,也可在传感器处接地。 2、信号电缆应避开动力线。若现场无法与动力线远离,则只能采用电缆金属防护管道的隔离式屏蔽措施。应该注意的是,非磁性屏蔽体对50Hz 工频的磁场无屏蔽效果。必要时可将信号线穿入铁管中,并把铁管接地。由于铁管磁阻很小,进入铁管的磁场会大大降低,使信号线得到磁屏蔽。 3、电缆受到冲击、振动、弯曲时,其绝缘层与屏蔽层之间会产生局部的分离和摩擦,以致由于静电效应会在屏蔽层产生电荷运动。这种运动会以电容耦合、电磁耦合方式在信号线上产生噪声。必要时可采用同轴电缆加以克服。 一般情况下,信号电缆屏蔽层可采用图 1 所示的接地线路。 八、称重显示仪表的屏蔽接地,称重仪表的抗干扰能力应从两个方面考虑:一是仪表的抗干扰设计,二是仪表内部线路与器件之间的抗于扰措施。以下主要介绍后者。 1、电源变压器的屏蔽和接地,电源变压器会对表内的信号线路引起两方面干扰:是 220V/50Hz 的民用电在初级线圈产生的磁通,不可能全部被有效地用于电压变换,铁心外会有漏磁通对测量线路形成干扰。针对这两种下扰途径,可分别采用以下措施: a、可在变压器周围包一层两头焊接成短路的铜皮或绕一组短路线圈,以抵消漏磁场。 b、可在初级次级绕组间另缠一层开路线圈或开路铜箔,并把其中一端接地,使干扰由初级绕组通过对屏蔽层的分布电容直接流入地,以隔离初级端引入的异常电压和噪声电压对次级绕组的影响。 2、放大器的屏蔽和屏蔽接地,称重仪表的前置放大器是一个弱信号放大器。放大器周围存在杂散电磁场时,放大器的输入电路中某些重要元件处在这种变动的电场和磁场中,就会通过磁感应和静电感应产生干扰电压。为抑制外界的这种干扰,通常采用对称输入的差分放大器和单层浮置技术,将放大器设置在屏蔽罩内,屏蔽层与仪表外壳、放大器输入部分之间不作电气上的连接,而只单独引出一根导线,作为内屏蔽层保护端 G 与信号线屏蔽层连接。在技术要求更高的场合,可采用双层浮置技术。


