何为多点接地?

在《高频电路里地线的电感效应》一文中,我们讨论了高频电路中地线的电感的产生原因与其危害,这里我们讲述一下,在高频电路中为了避免电感效应而采用的方法及其原理——多点接地。

大家知道,电感效应是电抗,它阻碍了电流的流动,影响电路的正常工作,而其主要原因就是因为磁场的产生。其实就算是直流电,也会有磁场的产生,也会对形成电流的定向流动的电荷产生力的作用,但在电流中,这是影响是不太大的。因为电流的速度不是电荷的移动速度而是场建立的速度。所以在只有直流电的电路中,电流的速度依旧可以达到光速,这是因为场建立之后就不会再改变了。但在高频电路中,场是不断是消失与建立的,而电抗的作用就是延迟了场的产生,或是减弱了场的效果,最终影响了电流的传输。高频电路中产生的磁场使得趋肤效应的产生,大大降低了电流的传输效果。所以,感觉可以认为在PCB中的直线使用的是扁平铜线也是有原因的,因为即使用截面积大的导线,在高频电路中也会因为趋肤效应而减弱电流的传输效果。

而在高频电路中,为了避免这种电感效应的危害,使用的是多点接地,多点接地与单点接地的区别,可以简单的认为,如果使用单点接地,那么这个连接导线就会很长,距离越长,磁场的作用时间就越长,电抗的效果就会越来越明显。虽然使用单点接地会有一个电势参考点唯一的好处,但是在高频电路中,这一点已经不是主要矛盾了。而使用了多点接地,但与地的连接线尽可能地短,就使用磁场的作用效果减弱了,趋肤效应较不明显,可以达到更好的接地的效果。

为了减小地线电感,在高频电路和数字电路中经常使用多点接地。在多点接地系统中,每个电路就近接到低阻抗的地线面上,如机箱。电路的接地线要尽量短,以减小电感。在频率很高的系统中,通常接地线要控制在几毫米的范围内。

像我们所绘制的PCB板,工作频率都是很高的所以这一点要特别的注意。(K60一般使用工作频率为100MHz)

如前所述(参考另一篇有关于单点接地的文章),多点接地时容易产生公共阻抗耦合问题。在低频的场合,通过单点接地可以解决这个问题。但在高频时,只能通过减小地线阻抗(减小公共阻抗)来解决。由于趋肤效应,电流仅在导体表面流动,因此增加导体的厚度并不能减小导体的电阻。在导体表面镀银能够降低导体的电阻(原因是因为银的电导率比铜高,在金属中,导电效果最好的就是金,但因为银价格太高,质量大,所以一般不使用银来做导线)

通常1MHz以下时,可以用单点接地;10MHz以上时,可以用多点接地,在1MHz和10MHz之间时,可如果最长的接地线不超过波长的1/20,可以用单点接地,否则用多点接地。(这一般都是经验之谈,理论上比较难以证明。但实用)

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