了解开关电源中的那些“地”

“地”是电子技术中一个非常重要的概念，在PCB设计过程中，我们会遇到各种各样的地，比如数字地、模拟地、信号地等。本文，我们不妨就来了解下开关电源中的各种“地”。
 
“地”的概念

“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。

“地”的符号

理想中，地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。而实际的布线中，地线在PCB上，本身会有阻抗成分，又有分布电容、电感构成的电抗成分。此外，地线根源(电源、信号源)构成回路，此回路的电场会感应出外部电磁场的RF电流，即常说的“噪声”，从而引起EMI问题。
 
开关电源实际布线过程中关于“地”的考虑

【总则】

根据实际应用，先分清楚地线的种类，然后选择不同的接地方式。
 
不论何种接地方式，都须遵守“低阻抗，低噪声”的原则。
 
开关电源中“地”的分类

1、直流地
直流电路“地”，零电位参考点。
 
2、交流地
交流电的零线，这种地通常是产生噪声的地，应与大地区别开。
 
3、模拟地
各种模拟量信号的零电位。
 
4、数字地
也叫逻辑地，是数字电路各种开关量（数字量）信号的零电位。
 
5、热地
开关电源无需使用工频变压器，其开关电路的“地”和市电电网有关，即所谓的“热地”，它是带电的。
 
6、冷地
由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离；又由于其反馈电路常用光电耦合器，既能传送反馈信号，又将双方的“地”隔离；所以输出端的地称之为“冷地”，它不带电。
 
7、功率地
大电流网络器件、功率电子与磁性器件的零电位参考点。
 
8、信号地
一般指传感变化信号的地线。
 
9、安全地
提供大地接地点的回路，可防止触电危险。
 
10、屏蔽地
为互联的电缆与主要机架提供0V参考或电磁屏蔽，防止静电感应和磁场感应。
 
11、系统地
整个系统模拟、数字信号公共参考点。
 
12、浮地
将电路中某条支路作为0V参考而不接地。
 
接“地”的方式

1、单点接地

指所有电路的地线接到公共地线的同一点，以减少地回路之间的相互干扰。
 
可以防止不同子系统中的电流与RF电流，经过同样的返回路径，从而避免造成相互之间 的共模噪声耦合。
 
根据不同系统的特点，可以选择串联单点接地与并联单点接地。

2、多点接地

指系统内各部分电路就近接地。

3、混合接地

结合了单点接地和多点接地的综合应用，一般是在单点接地的基础上再通过一些电感或电容多点接地，它是利用电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性，使地线系统在不同的频率下具有不同的接地结构，主要适用于工作在混合频率下的电路系统。
 
要注意分清楚模拟电路的地与数字电路的地，以及他们的最佳公共连接点。
 
提醒：在低频电路中，信号的工作频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而应采用单点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1～10MHz之间时，如果采用单点接地，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应采用多点接地方式。