单点并联接地

核心提示工作接地按工作频率而采用以下几种接地方式:1. 单点接地工作频率低(<1MHz)的采用单点接地式(即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点,所有对地连接都接到这一点上,并设置一个安全接地螺栓),以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个

工作接地按工作频率而采用以下几种接地方式:

1. 单点接地工作频率低(<1MHz)的采用单点接地式(即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点,所有对地连接都接到这一点上,并设置一个安全接地螺栓),以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地又分为串连和并联两种,由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合,所以低频电路最好采用并联的单点接地式。为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰,信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连(浮地式除外)

地线的长度与截面的关系为:

S>0.83L (1)

式中:L——地线的长度,m;

S——地线的截面,mm2。

2. 多点接地

工作频率高(>30MHz)的采用多点接地式(即在该电路系统中,用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路)。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比,工作频率高时将增加共地阻抗,从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰,所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时,尽量找最接近的低阻值接地面接地。

3. 混合接地工

作频率介于1~30MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时,采用单点接地式,否则采用多点接地式。

4. 浮地浮地式即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能的影响;其缺点是该电路易受寄生电容的影响,而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰;由于该电路的地与大地无导体连接,易产生静电积累而导致静电放电,可能造成静电击穿或强烈的干扰。因此,浮地的效果不仅取决于浮地的绝缘电阻的大小,而且取决于浮地的寄生电容的大小和信号的频率。

电子线路中的接地

1 电源、地线的处理 既使在整个PCB板中的布线完成得都很好,但由于电源、 地线的考虑不周到而引起的干扰,会使产品的性能

下降,有时甚至影响到产品的成功率。所以对电、 地线的布线要认真对待,把电、地线所产生的噪音干扰降到最低限度,以保证

产品的质量。 对每个从事电子产品设计的工程人员来说都明白地线与电源线之间噪音所产生的原因, 现只对降低式抑制噪音作

以表述: 众所周知的是在电源、地线之间加上去耦电容。 尽量加宽电源、地线宽度,最好是地线比电源线宽,它们的关系是:

地线>电源线>信号线,通常信号线宽为:0.2~0.3mm,最经细宽度可达0.05~0.07mm,电源线为1.2~2.5 mm 对数字电路的PCB可

用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用(模拟电路的地不能这样使用) 用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上

的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板,

电源,地线各占用一层。

2、数字电路与模拟电路的共地处理 现在有许多PCB不再是单一功能电路(数字或模拟电路),而是由数字电路和模拟电路混合

构成的。因此在布线时就需要考虑它们之间互相干扰问题,特别是地线上的噪音干扰。 数字电路的频率高,模拟电路的敏感度

强,对信号线来说,高频的信号线尽可能远离敏感的模拟电路器件,对地线来说,整人PCB对外界只有一个结点,所以必须在PCB

内部进行处理数、模共地的问题,而在板内部数字地和模拟地实际上是分开的它们之间互不相连,只是在PCB与外界连接的接口

处(如插头等)。数字地与模拟地有一点短接,请注意,只有一个连接点。也有在PCB上不共地的,这由系统设计来决定。

3、信号线布在电(地)层上 在多层印制板布线时,由于在信号线层没有布完的线剩下已经不多,再多加层数就会造成浪费也会

给生产增加一定的工作量,成本也相应增加了,为解决这个矛盾,可以考虑在电(地)层上进行布线。首先应考虑用电源层,其

次才是地层。因为最好是保留地层的完整性。

4、大面积导体中连接腿的处理 在大面积的接地(电)中,常用元器件的腿与其连接,对连接腿的处理需要进行综合的考虑,就

电气性能而言,元件腿的焊盘与铜面满接为好,但对元件的焊接装配就存在一些不良隐患如:①焊接需要大功率加热器。②容易

造成虚焊点。所以兼顾电气性能与工艺需要,做成十字花焊盘,称之为热隔离(heat shield)俗称热焊盘(Thermal),这样,

可使在焊接时因截面过分散热而产生虚焊点的可能性大大减少。多层板的接电(地)层腿的处理相同。

5、布线中网络系统的作用 在许多CAD系统中,布线是依据网络系统决定的。网格过密,通路虽然有所增加,但步进太小,图场的

数据量过大,这必然对设备的存贮空间有更高的要求,同时也对象计算机类电子产品的运算速度有极大的影响。而有些通路是无

效的,如被元件腿的焊盘占用的或被安装孔、定们孔所占用的等。网格过疏,通路太少对布通率的影响极大。所以要有一个疏密

合理的网格系统来支持布线的进行。 标准元器件两腿之间的距离为0.1英寸(2.54mm),所以网格系统的基础一般就定为0.1英寸

(2.54 mm)或小于0.1英寸的整倍数,如:0.05英寸、0.025英寸、0.02英寸等。

6、设计规则检查(DRC) 布线设计完成后,需认真检查布线设计是否符合设计者所制定的规则,同时也需确认所制定的规则是

否符合印制板生产工艺的需求,一般检查有如下几个方面: 线与线,线与元件焊盘,线与贯通孔,元件焊盘与贯通孔,贯通孔

与贯通孔之间的距离是否合理,是否满足生产要求。 电源线和地线的宽度是否合适,电源与地线之间是否紧耦合(低的波阻抗

)?在PCB中是否还有能让地线加宽的地方。 对于关键的信号线是否采取了最佳措施,如长度最短,加保护线,输入线及输出线

被明显地分开。 模拟电路和数字电路部分,是否有各自独立的地线。 后加在PCB中的图形(如图标、注标)是否会造成信号短

路。 对一些不理想的线形进行修改。 在PCB上是否加有工艺线?阻焊是否符合生产工艺的要求,阻焊尺寸是否合适,字符标志

是否压在器件焊盘上,以免影响电装质量。 多层板中的电源地层的外框边缘是否缩小,如电源地层的铜箔露出板外容易造成短

路。概述 本文档的目的在于说明使用PADS的印制板设计软件PowerPCB进行印制板设计的流程和一些注意事项,为一个工作组的

设计人员提供设计规范,方便设计人员之间进行交流和相互检查。

2、设计流程 PCB的设计流程分为网表输入、规则设置、元器件布局、布线、检查、复查、输出六个步骤.

2.1 网表输入

网表输入有两种方法,一种是使用PowerLogic的OLE PowerPCB Connection功能,选择Send Netlist,应用OLE功能,可以随时保

持原理图和PCB图的一致,尽量减少出错的可能。

另一种方法是直接在PowerPCB中装载网表,选择File->import,将原理图生成的网表输入进来。

2.2 规则设置 如果在原理图设计阶段就已经把PCB的设计规则设置好的话,就不用再进行设置

这些规则了,因为输入网表时,设计规则已随网表输入进PowerPCB了。如果修改了设计规则,必须同步原理图,保证原理图和PCB

的一致。除了设计规则和层定义外,还有一些规则需要设置,比如Pad Stacks,需要修改标准过孔的大小。如果设计者新建了一个

焊盘或过孔,一定要加上Layer 25。

注意: PCB设计规则、层定义、过孔设置、CAM输出设置已经作成缺省启动文件,名称为Default.stp,网表输入进来以后,按照

设计的实际情况,把电源网络和地分配给电源层和地层,并设置其它高级规则。在所有的规则都设置好以后,在PowerLogic中,

使用OLE PowerPCB Connection的Rules From PCB功能,更新原理图中的规则设置,保证原

理图和PCB图的规则一致。

2.3 元器件布局 网表输入以后,所有的元器件都会放在工作区的零点,重叠在一起,下一步的工作就是把这些元器件分开,按照

一些规则摆放整齐,即元器件布局。PowerPCB提供了两种方法,手工布局和自动布局。

2.3.1 手工布局

1. 工具印制板的结构尺寸画出板边(Board Outline)。

2. 将元器件分散(Disperse Components),元器件会排列在板边的周围。

3. 把元器件一个一个地移动、旋转,放到板边以内,按照一定的规则摆放整齐。

2.3.2 自动布局 PowerPCB提供了自动布局和自动的局部簇布局,但对大多数的设计来说,效果并不理想,不推荐使用。

2.3.3 注意事项

a. 布局的首要原则是保证布线的布通率,移动器件时注意飞线的连接,把有连线关系的器件放在一起

b. 数字器件和模拟器件要分开,尽量远离 c. 去耦电容尽量靠近器件的VCC

d. 放置器件时要考虑以后的焊接,不要太密集

e. 多使用软件提供的Array和Union功能,提高布局的效率

2.4 布线 布线的方式也有两种,手工布线和自动布线。

PowerPCB提供的手工布线功能十分强大,包括自动推挤、在线设计规则检查(DRC),自动布线由Specctra的布线引擎进行,通常

这两种方法配合使用,常用的步骤是手工—自动—手工。

2.4.1 手工布线

1. 自动布线前,先用手工布一些重要的网络,比如高频时钟、主电源等,这些网络往往对走线距离、线宽、线间距、屏蔽等有特殊

的要求;另外一些特殊封装,如BGA,自动布线很难布得有规则,也要用手工布线。

2. 自动布线以后,还要用手工布线对PCB的走线进行调整。

2.4.2 自动布线 手工布线结束以后,剩下的

网络就交给自动布线器来自布。选择Tools->SPECCTRA,启动Specctra布线器的接口,设置好DO文件,按Continue就启动了Specctra

布线器自动布线,结束后如果布通率为100%,那么就可以进行手工调整布线了;如果不到100%,说明布局或手工布线有问题,需要

调整布局或手工布线,直至全部布通为止。

2.4.3 注意事项

a. 电源线和地线尽量加粗

b. 去耦电容尽量与VCC直接连接

c. 设置Specctra的DO文件时,首先添加Protect all wires命令,保护手工布的线不被自动布线器重布

d. 如果有混合电源层,应该将该层定义为Split/mixed Plane,在布线之前将其分割,布完线之后,使用Pour Manager的Plane

Connect进行覆铜

e. 将所有的器件管脚设置为热焊盘方式,做法是将Filter设为Pins,选中所有的管脚,修改属性,在Thermal选项前打勾

f. 手动布线时把DRC选项打开,使用动态布线(Dynamic Route)

2.5 检查 检查的项目有间距(Clearance)、连接性(Connectivity)、高速规则(High Speed)和电源层(Plane),这些项目

可以选择Tools->Verify Design进行。如果设

置了高速规则,必须检查,否则可以跳过这一项。检查出错误,必须修改布局和布线。 注意: 有些错误可以忽略,例如有些接

插件的Outline的一部分放在了板框外,检查间距时会出错;另外每次修改过走线和过孔之后,都要重新覆铜一次。

2.6 复查 复查根据“PCB检查表”,内容包括设计规则,层定义、线宽、间距、焊盘、过孔设置;还要重点复查器件布局的合理

性,电源、地线网络的走线,高速时钟网络的走线与屏蔽,去耦电容的摆放和连接等。复查不合格,设计者要修改布局和布线,合

格之后,复查者和设计者分别签字。

2.7 设计输出 PCB设计可以输出到打印机或输出光绘文件。打印机可以把PCB分层打印,便于设计者和复查者检查;光绘文件交给

制板厂家,生产印制板。光绘文件的输出十分重要,关系到这次设计的成败,下面将着重说明输出光绘文件的注意

事项。

a. 需要输出的层有布线层(包括顶层、底层、中间布线层)、电源层(包括VCC层和GND层)、丝印层(包括顶层丝印、底层丝印)

、阻焊层(包括顶层阻焊和底层阻焊),另外还要生成钻孔文件(NC Drill) b. 如果电源层设置为Split/Mixed,那么在Add

document窗口的document项选择Routing,并且每次输出光绘文件之前,都要对PCB图使用Pour Manager的Plane Connect进行覆铜;

如果设置为CAM Plane,则选择Plane,在设置Layer项的时候,要把Layer25加上,在Layer25层中选择Pads和Viasc. 在设备设置窗口

(按Device Setup),将Aperture的值改为199 d. 在设置每层的Layer时,将Board Outline选上

e. 设置丝印层的Layer时,不要选择Part Type,选择顶层(底层)和丝印层的Outline、Text、Line

f. 设置阻焊层的Layer时,选择过孔表示过孔上不加阻焊,不选过孔表示家阻焊,视具体情况确定

g. 生成钻孔文件时,使用PowerPCB的缺省设置,不要作任何改动

h. 所有光绘文件输出以后,用CAM350打开并打印,由设计者和复查者根据“PCB检查表”检查过孔(via)是多层PCB的重要组

成部分之一,钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%。

简单的说来,PCB上的每一个孔都可以称之为过孔。从作用上看,过孔可以分成两类:一是用作各层间的电气连接;

二是用作器件的固定或定位。如果从工艺制程上来说,这些过孔一般又分为三类,即盲孔(blind via)、埋孔(buried via)和通孔

(through via)。盲孔位于印刷线路板的顶层和底层表面,具有一定深度,用于表层线路和下面的内层线路的连接,孔的深度通常不

超过一定的比率(孔径)。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔,它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于线路板的内层,

层压前利用通孔成型工艺完成,在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。第三种称为通孔,这种孔穿过整个线路板,可用于实

现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上更易于实现,成本较低,所以绝大部分印刷电路板均使用它,而不用另外两

种过孔。以下所说的过孔,没有特殊说明的,均作为通孔考虑。 从设计的角度来看,一个过孔主要由两个部分组成,一是中间的钻孔

(drill hole),二是钻孔周围的焊盘区,见下图。这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然,在高速,高密度的PCB设计时,设

计者总是希望过孔越小越好,这样板上可以留有更多的布线空间,此外,过孔越小,其自身的寄生电容也越小,更适合用于高速电路。

但孔尺寸的减小同时带来了成本的增加,而且过孔的尺寸不可能无限制的减小,它受到钻孔(drill)和电镀(plating)等工艺技术的

限制:孔越小,钻孔需花费的时间越长,也越容易偏离中心位置;且当孔的深度超过钻孔直径的6倍时,就无法保证孔壁能均匀镀铜。

比如,现在正常的一块6层PCB板的厚度(通孔深度)为50Mil左右,所以PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8Mil。 二、过孔的寄

生电容 过孔本身存在着对地的寄生电容,如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材

介电常数为ε,则过孔的寄生电容大小近似于: C=1.41εTD1/(D2-D1) 过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升

时间,降低了电路的速度。举例来说,对于一块厚度为50Mil的PCB板,如果使用内径为10Mil,焊盘直径为20Mil的过孔,焊盘与地铺

铜区的距离为32Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出过孔的寄生电容大致是:C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.032-0.020)=0.517pF,

这部分电容引起的上升时间变化量为:T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.517x(55/2)=31.28ps 。从这些数值可以看出,尽管单个过孔的寄生

电容引起的上升延变缓的效用不是很明显,但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换,设计者还是要慎重考虑的。

三、过孔的寄生电感 同样,过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感,在高速数字电路的设计中,过孔的寄生电感带来的危害

往往大于寄生电容的影响。它的寄生串联电感会削弱旁路电容的贡献,减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的公式来简

单地计算一个过孔近似的寄生电感: L=5.08h[ln(4h/d)+1]其中L指过孔的电感,h是过孔的长度,d是中心钻孔的直径。从式中可以

看出,过孔的直径对电感的影响较小,而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子,可以计算出过孔的电感为:L=

5.08x0.050[ln(4x0.050/0.010)+1]=1.015nH 。如果信号的上升时间是1ns,那么其等效阻抗大小为:XL=πL/T10-90=3.19Ω。这样

的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略,特别要注意,旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔,这样过孔的

寄生电感就会成倍增加。

四、高速PCB中的过孔设计 通过上面对过孔寄生特性的分析,我们可以看到,在高速PCB设计中,看似简单的过 孔往往也会给电路

的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响,在设计中可以尽量做到:

1、从成本和信号质量两方面考虑,选择合理尺寸的过孔大小。比如对6-10层的内 存模块PCB设计来说,选用10/20Mil(钻孔/焊盘)

的过孔较好,对于一些高密度的小尺寸的板子,也可以尝试使用8/18Mil的过孔。目前技术条件下,很难使用更小尺寸的过孔了。对

于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸,以减小阻抗。

2、上面讨论的两个公式可以得出,使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄 生参数。

3、PCB板上的信号走线尽量不换层,也就是说尽量不要使用不必要的过孔。

4、电源和地的管脚要就近打过孔,过孔和管脚之间的引线越短越好,因为它们会 导致电感的增加。同时电源和地的引线要尽可能粗,

以减少阻抗。

5、在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔,以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上大量放置一些多余的接地过孔。当

然,在设计时还需要灵活多变。前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况,也有的时候,我们可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。

特别是在过孔密度非常大的情况下,可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽,解决这样的问题除了移动过孔的位置,我们还可

以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。

接地 接地 jiēdì

(1) [earthing;grounding;ground connection] [电]∶为防止触电或保护设备的安全,把电力电讯等设备的金属底盘或外壳接上地线

(2) [touchdown;ground contact]∶利用大地作电流回路

接地线

以美国的电源系统而言,除了火线 ( Hot Line ) 与零线 ( Neutral Line ) 外,中间圆头的插 Pin 即是所谓的接地 Pin ,其接地的功用除了将一些无用的电流或是噪声干扰导入大地外,最大功用为保护使用者不被电击,以 UPS 而言,有些 UPS 会将零线与地线间的电压标示出来,确保产品不会造成对人体的电击伤害。

在电力系统中,将设备和用电装置的中性点、外壳或支架与接地装置用导体作良好的电气连接叫做接地。

接地的作用总的步说可以分为有两个:保护人员和设备不受损害叫保护接地;保障设备的正常运行的叫工作接地。这里的分类是指接地工程设计施工中考虑的各种要求,并不表示每种“地”都需要独立开来。相反,除了有地电信号抗干扰、设备本身专门要求等特殊原因之外,我们提倡尽量采用联合接地的方案。

1、保护接地

防雷接地是受到雷电袭击(直击、感应或线路引入)时,为防止造成损害的接地系统。常有信号(弱电)防雷地和电源(强电)防雷地之分,区分的原因不仅仅是因为要求接地电阻不同,而且在工程实践中信号防雷地常附在信号独立地上,和电源防雷地分开建设。

机壳安全接地是将系统中平时不带电的金属部分(机柜外壳,操作台外壳等)与地之间形成良好的导电连接,以保护设备和人身安全。原因是系统的供电是强电供电(380、220或11OV),通常情况下机壳等是不带电的,当故障发生(如主机电源故障或其它故障)造成电源的供电火线与外壳等导电金属部件短路时,这些金属部件或外壳就形成了带电体,如果没有很好的接地,那么这带电体和地之间就有很高的电位差,如果人不小心触到这些带电体,那么就会通过人身形成通路,产生危险。因此,必须将金属外壳和地之间作很好的连接,使机壳和地等电位。此外,保护接地还可以防止静电的积聚。

2、工作接地

工作接地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为机器逻辑地、信号回路接地、屏蔽接地,在石化和其它防爆系统中还有本安接地。

机器逻辑地,也叫主机电源地,是计算机内部的逻辑电平负端公共地,也是+5V等电源的输出地。

信号回路接地,如各变送器的负端接地,开关量信号的负端接地等。

屏蔽接地(模人信号的屏蔽层的接地)。

本安接地,是本安仪表或安全栅的接地。这种接地除了抑制干扰外,还有使仪表和

系统具有本质安全性质的措施之一。本安接地会因为采用的设备的本实措施不同而不同,下面以齐纳式安 全栅为例,说明其接地内容。

安全栅的作用是保护危险现场端永远处于安全电源和安全电压范围之内。如果现场端短路,则由于负载电阻和安全栅电阻R的限流作用,会将导线上的电流限制在安全范围内,使现场端不至于产生很高的温度,引起燃烧。第二种情况,如果计算机一端产生故障,则高压电信号加入了信号回路,则由于齐纳二级的嵌位作用,也使电压位于安全范围。

值得提醒的是,由于齐纳安全栅的引入,使得信号回路上的电阻增大了许多,因此,在设计输出回路的负载能力时,除了要考虑真正的负载要求以外,还要充分考虑安全栅的电阻,留有余地。

除了上述几种接地外,在很多场合下容易引起混乱的还有一个供电系统地,也叫交流电源工作地,它是电力系统中为了运行需要设的接地(如中性点接地)。

现代化的电力系统其本身就是强烈的电磁干扰源,主要通过辐射方式干扰该频段内的通信设备。为抑制外部高压输电线路的干扰影响,采用接地措施,常用的接地方式有两种,现分别讨论如下:

2.2.1 分散接地方式

分散接地就是将通信大楼的防雷接地、电源系统接地、通讯设备的各类接地以及其他设备的接地分别接入相互分离的接地系统,由于地线系统不断增多,地线间潜在的耦合影响往往难以避免,分散接地反而容易引起干扰。同时主体建筑物的高度不断增加,其接地方式所带的不安全因素也越来越大。当某一设施被雷击中,容易形成地下反击,损坏其他设备。

2.2.2 联合接地方式

联合接地方式也称单点接地方式,即所有接地系统共用一个共同的“地”。联合接地有以下一些特点:

(1)整个大楼的接地系统组成一个笼式均压体,对于直击雷,楼内同一层各点位比较均匀;对于感应雷,笼式均压体和大楼的框架式结构对外来电磁场干扰也可提供10-40dB的屏蔽效果;

(2)一般联合接地方式接地电阻非常小,不存在各种接地体之间的耦合影响,有利于减少干扰;

(3)可以节省金属材料,占地少。

由上不难看出,采用联合接地方式可以有效抑制外部高压输电线路的干扰。

防静电接地的接地线应串联一个1兆欧的限流电阻,即通过限流电阻与接地装置相连。接地电阻不是越小越好吗?为何还要串电阻?

计算机接地是以接地电流易于流动为目标,要求接地电阻越小越好。计算中心的接地应尽量减少噪音引起的电位变动,同时应注意信号电路与电源电路、高电平电路与低电平电路不能使用同一共地回路。对传输带宽要求较高的网络布线,应采用隔离式屏蔽接地,以防止静电感应产生干扰。在设计上力求简单、经济和实效接地如能和屏蔽有效地结合起来,将能更好地解决干扰,抑制噪音。

1 直流地

计算机机房的直流地是系统中所有逻辑电路的共同参考点,设计直流地应考虑两个方面:

? 消除各电路电流流向一个公共地线阻抗时所产生的噪声电压;

? 避免受磁场和地电位差的影响,不让其形成回路;如果接地方式或接法不妥当将会形成噪声耦合。

1.1 直流地接法分类

计算机系统的直流地是数字电路的基准电位,不一定是大地电位,如该地线经一低阻通路接至大地,则该地线的电位可认为是大地电位,被称为接大地。在计算机术语中人们常常把计算机设备直流地的接地形式称为计算机的接地。从目前的接法及形式看,与大地的接法不外乎两种:一是直流地悬浮;二是直流地接大地。

(1)直流地悬浮

直流地悬浮就是直流地不接大地,与地严格绝缘,要求对地电阻的大小一般在1MΩ以上。那么直流地为什么要悬空?因为如果数字电路的直流地与交流地接在一起,有可能引入交流电力网电压的干扰,为了防止这种干扰需要把交流地和直流地严格地分开。直流地悬浮的缺点是?由于交流电电网的中线一般接地(接大地)这就等于把数字电路的直流地也接大地,这样容易形成漏电,使交流与直流两者之间形成电流回流,还可能因直流地悬浮使这些设备带有瞬态电压,通过相互间连线的电容耦合去干扰邻近设备,万一发生交流火线与机柜相碰现象,就

会使机柜带有很高的交流电压,如果机柜无安全地,大量的静电荷无处可去,淤积到机柜外壳上,使静电荷越积越多,影响机器的稳定运行,遇雷雨季节而避雷设备又不完善时,会遭雷击的危害。

(2)直流地接大地

直流地接大地就是将计算机机房中数字电路的等位地与大地相接,为了取得一定的公共电位,以减少电路的耦合,降低干扰影响,减少电气元件的电腐蚀和因线路对地绝缘不良而产生的串音等现象,一般接地电阻应<4Ω。直流地接大地方式克服了直流地悬空所带来的问题,笔者建议在计算机局域网机房系统中采用直流地接大地的做法。由于直流地与机柜外壳是分开的,因此机柜外壳接大地为高频干扰提供了低阻通路,对防止高频干扰和防止静电也起到一定的保护作用。

1.2 直流地的具体接法

在直流地的接法上可以分为3种类型:串联接地、并联接地和网状接地。

(1)串联接地

机房中设备直流地线以串联的方式接在直流地的铜皮上,此种接法虽然个别处电位有差异,但由于电阻非常小,所以在简单的接地系统中应用较多。其缺点是在要求较高配置时,从防止噪声的角度来看,因串联接地,各串联的电阻使得各点电位产生偏差,容易产生噪声。

(2)并联接地

此方法中各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关,各点间的电位差较平衡,可获得较好的低频接地,因此应用得较多。由于计算机的直流电压较低,各机架之间的地电流不容易形成耦合,但这种连接方式需要很多根地线,布线较繁杂。

(3)网状地

在大型机房中,对地要求相对严格,目前广泛使用网状地线作为直流地,称为网状地。直流网状地是用一定截面积的铜带在活动地板下面交叉排列成600mm×600mm的方格,其交叉点与活动地板支撑点的位置交错排列,脚点处用锡焊焊接或压接在一起。为了使直流网状地和大地绝缘,在铜带下面应垫2~3mm厚的绝缘胶皮或聚氯乙烯板等绝缘材料,要求对地电阻在10MΩ以上。直流网状地系统不仅有助于更好地保证逻辑电路电位参考点的一致,而且大大提高了机器内部和外部抗干扰能力。但是网状地系统比较庞大,施工复杂,且费用较高,因而只适用在大型计算机机房中应用。

2 交流工作地、安全保护地和避雷地

(1)交流工作地

在计算机系统中,除了使用直流电器设备外,还大量配备和使用交流电器设备。交流工作接地就是把计算机系统中使用交流电的设备做2次接地或经特殊设备与大地作金属连接,其作用是确保人身和设备安全。交流工作地的实施可分为计

算机系统使用的交流设备和计算机系统配套的交流设备两种情况,应各自独立地按电器标准规定接地,以防止因绝缘损坏而发生触电危险。

(2)安全保护地

把与电器设备带电部分相绝缘的金属外壳或机架同地之间做良好的接地称为安全保护地。若机壳不接地则机壳带有较高电位,人体接触后就有触电的危险,当绝缘被击穿时,接地短路电流将沿着接地线和人体两条通路同时流入大地。通常计算机机房使用的交流设备的机壳(如:空调机、稳频稳压装置、变压器、UPS备份电源等设备的外壳)也应按有关电器规范进行接地处理。

(3)避雷地

防雷保护地主要是用来向大地引泄雷电流的,目的在于保护人员和建筑物的安全。防雷保护地与计算机中心建筑物采用的避雷措施有关,由于雷电流产生的电磁感应现象,造成巨大的电磁场,对计算机中心及相关设备具有极大的破坏作用,要求防雷地线装置与所有其他电器设备之间保持足够的距离。因此防雷保护措施是不可忽视的。在1997年夏季的一次雷雨天气,国航内蒙古分公司因未完善避雷装置,致使网络瘫痪、设备损坏,造成直接经济损失。因此建筑物避雷设施必须严格遵循防雷设施的规定,按标准进行施工,每年至少要检测一次避雷接地

桩的良好程度。

3 计算机中心的各类设备接地之间的关系

计算机中心的各类设备接地之间的关系实际上就是直流地与其他地间的相互关系,计算机直流地的接地电阻的大小、接法及与诸地之间的相互关系是以不同的设计要求而定的。

(1)直流地悬浮时与诸地的关系

在直流地悬浮的系统中,其他诸地可以分别接地,也可接在一起。

(2)直流地接大地时与诸地的关系

在直流地接大地系统中,由于各计算机系统的要求不同,因此其直流地与其他诸地的关系有很大的不同,大体上有以下几种接法。

a)直流地、安全地、交流地和避雷地分别接入不同的地桩。此种接法看来似乎各地相互之间没有关系,不产生任何影响,而且单个地桩的造价便宜,但实际上这种方法不但复杂、造价昂贵,而且诸地之间难以达到相对隔离的要求,因此易对直流系统产生冲击,影响设备的可靠性。

b)直流地、避雷地各自接地,安全地和交流地共用一个地桩。情况基本同a)。

c)机房的直流地、交流地、安全地均各成系统,各用一根接地母线接入配电柜的中线,这种方法施工方便,可以与避雷地保持要求的距离,这是很多计算

机系统中采用的接地方法。

d)如所有地均接入避雷地,为了防止雷电压的反击,要求防雷接地装置与所有电器设备之间保持足够的距离。但是要保证满足这一条件是困难的,特别是利用钢筋混凝土建筑的结构以钢筋作为防雷网时,此距离实际上是无法保证的,在这种情况下应将诸地连在一起,采用共同接地方式。为了防止雷电冲击时接地电位的升高,共同接地的电阻最好能限制在1Ω以下。

e)机房内诸设备的交流地、直流地和安全地共用同一地桩。把诸地特别是直流地与避雷地共用同一地桩给人们带来极大的不安全,加之接地设施会因年久

失修致使接地电阻增加,从而给计算机的安全性、可靠性带来极大的威胁。因此笔者建议不采用这种接地方法,而是采用直流地、交流地和安全地连在一起后接入同一地桩的处理方法。

4 在处理共地的地线时需要注意的问题

(1)接地电阻——共用接地地桩的接地电阻应满足各种接地中最小接地电阻的要求。

(2)为防止接地系统的相互干扰,确保对建筑物的绝缘,接地母线应使用带有绝缘外皮的屏蔽线,屏蔽套的一端应进行接地。

(3)直流地、交流地和安全地虽然最后都接在地桩上,但并不意味着各种地之间可以随意连接,也应按照上述要求在其未接入同一地桩之前彼此应保持严格的绝缘。

(4)在直流地与机壳安全地分开接地的计算机设备中,因其直流地与机架严格绝缘,各自分别接系统地桩,但有些计算机的机壳与直流地在电器上是接在一起的,其交流设备的工作地与机壳是严格绝缘的。

5 防护静电的有效措施——接地与屏蔽

静电是引起计算机等电子设备故障的重要因素之一,主要体现在静电聚积在计算机的机壳上,当电荷聚积的能量达到一定程度时,会给人以触电的感觉;当静电带电体触及计算机时形成对计算机的放电,有可能使逻辑元件送入错误信号、引起计算机运算错误,严重时还会造成程序紊乱,甚至烧毁设备。如何防止静电带来的危害,分析静电对计算机设备的影响,找出静电产生的根源,减少以致消除静电是一个不可忽视的课题。

减少静电对计算机设备的影响除采用防静电地板和隔离墙外,一般多采用接地屏蔽的方法,其中设备的外壳接地是最基本的防静电措施,要求计算机本身具备一套合理的接地和屏蔽系统,这样当静电带电体触及计算机机壳放电时,静电就能通过接地导线漏泄入地而不至于引起系统运行故障,通常静电瞬间电势过高很容易引起接地电位的波动。其次,要尽量切断静电噪声侵入音频通道,在跳接音频和数字线时应尽量采用屏蔽线,屏蔽线的外绝缘皮应进行良好地接地,从而泄漏掉聚集在周围的电荷。

鉴于接地系统是提高计算机网络可靠性、抑制噪音、保证机房设备安全的重要手段,因此应对计算机设备的接地认真加以对待,如果重视不够或接地系统处理不当,将会影响计算机的稳定工作从而引发故障,甚至烧毁接口和器件,严重的还危及人身安全。

“地线”在计算机应用技术中要求越来越高,还需要我们在工作中不断探索总结经验

接地就是在大功率或电流情况下使用的一个保护措施....手机这样的小功率电器无需接地~~~~

希望对你有所帮助!!!!

 
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