1. Introduzione

Nel processo di progettazione del circuito, la messa a terra è un problema comune. Il metodo di messa a terra deve basarsi su scenari di utilizzo specifici e non esiste un metodo di messa a terra universale. In questo articolo spiegheremo l’essenza delle questioni fondamentali, che vale la pena assaporare con attenzione.

2、Classificazione della messa a terra

Lo stesso circuito hardware potrebbe presentare differenze anche nei metodi di messa a terra se lo scopo è diverso. Nel complesso, lo scopo della messa a terra determina il metodo di messa a terra. In termini di prestazioni, la messa a terra può essere principalmente suddivisa nelle seguenti quattro tipologie:

1. Messa a terra sicura;
2. Messa a terra funzionante, inclusa la messa a terra digitale, la messa a terra analogica e la messa a terra dell'alimentazione;
3. Messa a terra anti-sovratensione;

4. Messa a terra antistatica;

3、Scopo della messa a terra

Gli scopi principali della messa a terra sono suddivisi in tre categorie: bassa impedenza verso terra, piano di terra stabile e terra bilanciata. Successivamente, approfondiremo principalmente questi tre aspetti:
1. bassa impedenza verso terra
Bassa impedenza verso terra significa ridurre al minimo l'impedenza tra il piano di terra. Questa impedenza deve essere distinta tra scenari applicativi a bassa frequenza e ad alta frequenza. Se intrecciamo una grande resistenza tra il piano del segnale e
il piano di massa, come mostrato nella figura seguente:

Analisi:
quando i segnali a bassa frequenza fluiscono dal piano del segnale al piano di terra, una grande induttanza è equivalente a un filo direttamente messo a terra e la caratteristica mostrata in questo momento è la bassa impedenza.
Quando i segnali ad alta frequenza fluiscono dal piano del segnale al piano di massa, la grande induttanza presenta un'elevata impedenza e la caratteristica esibita durante il test è un'elevata impedenza.

2. Stabilità a livello del suolo

Stabilità del terreno significa che l'impedenza verso terra è sufficiente e la corrente viene facilmente scaricata direttamente a terra, mentre non c'è quasi nessuna caduta di tensione sul filo. Sarà come un vasto oceano, dove non importa quanti fiumi confluiscano, non ci saranno sorprese.

3. Equilibrio del terreno

Nel caso degli alimentatori o dei segnali, ciò che per noi è veramente prezioso è spesso la differenza di pressione tra loro. Esiste uno scenario in cui quando un circuito è soggetto a interferenze esterne, la tensione su entrambi i piani aumenta complessivamente (la tensione di modo differenziale rimane invariata, la tensione di modo comune aumenta), come mostrato nella figura seguente. Di solito, infatti, il circuito funziona ancora normalmente e questo tipo di scenario si riscontra spesso nella produzione di oggetti.

Un impulso elettrostatico viene impresso sulla scheda elettronica attraverso l'aria e, per i circuiti locali, distanze diverse porteranno inevitabilmente alla generazione di differenze di pressione indotte elettrostaticamente. A questo punto, se per separarlo si utilizza una piastra metallica, anche se la piastra metallica è flottante, il
campo elettrico indotto sarà uniforme per il circuito dietro la piastra metallica. Sebbene esistano ancora interferenze indotte, almeno il circuito è sostanzialmente bilanciato. Naturalmente sarebbe meglio se questa piastra metallica fosse messa a terra. Naturalmente, la tensione di modo comune generalmente non viene mantenuta perché l'
impedenza della linea di trasmissione non è uniforme, il che spesso porta a interferenze di tensione di modo differenziale. È meglio non affrontare il problema del bilanciamento del terreno, ma quando non è possibile, come nel caso di apparecchiature galleggianti, i circuiti stampati che devono essere sottoposti a impatto di elettricità statica devono considerare il problema del bilanciamento del terreno
quando li si protegge.

4、Interferenza di accoppiamento di terra comune

L'interferenza comune dell'accoppiamento di terra è il problema principale nella gestione della messa a terra.

Ad esempio, in un teatro ci sono tre sale: Sala A, Sala B e Sala C, con una sola uscita. Quando tre sale ospitano tre sessioni contemporaneamente, l'area della sala C è più grande e può ospitare più persone. L'uscita degli spettatori all'interno della Sala C influenzerà l'uscita del personale
all'interno della Sala A e della Sala B. (Padiglione a, Padiglione b e Padiglione c equivalgono a tre percorsi di ritorno a terra, e la passerella equivale ad un'impedenza di terra comune) )

Ad esempio, nella Figura 1, la resistenza della sezione RAB è la parte comune dell'impedenza di terra e le correnti di terra Io, Ia e Id che fluiscono attraverso questa sezione si influenzeranno a vicenda in questa sezione; Se queste tre correnti differiscono significativamente di 1-2 ordini di grandezza, l'impatto
reciproco non può essere ignorato, soprattutto quando un ramo debole di corrente di terra viene utilizzato per circuiti di misurazione quantitativa, amplificazione o conversione AD; La Figura 2 isola l'impatto di Id sugli altri due percorsi; La Figura 3 mostra che tutte e tre le correnti di terra sono isolate separatamente.

5.Metodi di base comuni

L'idea di base è quella di garantire nel progetto il collegamento indipendente della terra di protezione di sicurezza, della terra digitale funzionante, della terra analogica funzionante, della terra dell'alimentazione funzionante, della terra contro i fulmini e della terra schermante. Infine, durante il debug del sistema, in base al problema da risolvere tra diverse regioni, ovvero in base allo scopo della messa a terra, questi punti di terra vengono collegati nei seguenti modi, tra cui:

NO.	Metodo di messa a terra	Descrivere
1	Direttamente collegato a terra	Adatto per frequenze da medie a terra, questo tipo di cavo ha una certa quantità di induttanza e resistenza di funzionamento, che possono influenzare le correnti di terra fluttuanti ad alta frequenza. Sotto l'influenza dell'induttanza, il cavo svolge un grande ruolo di impedenza, equivalente alla messa a terra a bassa frequenza. Alle alte frequenze, la messa a terra ad alta impedenza non può raggiungere una conduzione affidabile alle alte frequenze.
2	Messa a terra ad alta resistenza	La caratteristica di un resistore di grandi dimensioni è che una volta che c'è una differenza di pressione tra le due estremità del resistore, verrà generata una debole corrente di conduzione. Dopo che la carica sul filo di terra è stata scaricata, la differenza di pressione finale tra le due estremità risulta pari a 0 V. Questa funzione è utile quando si desidera scaricare la carica ma non rapidamente.
3	Messa a terra a bassa resistenza	Il problema che i piccoli resistori devono risolvere è aggiungere uno smorzamento che ostacoli il rapido cambiamento di superamento della corrente di terra. Quando la corrente cambia, rallenta il fronte di salita della corrente di picco, che equivale alla resistenza di adattamento tra l'estremità di uscita dell'oscillatore a cristallo e l'estremità di uscita del bus per ridurre il ronzio di superamento.
4	Messa a terra induttiva	Generalmente utilizzati in situazioni in cui le fluttuazioni di corrente aumentano, gli induttori hanno la caratteristica di sopprimere i cambiamenti di stato del circuito. Attraverso il collegamento di induttori, è possibile eliminare picchi e valli.
5	Messa a terra del cordone magnetico	Generalmente applicate tra segnali deboli e terra, le sfere magnetiche sono equivalenti a un resistore dipendente dalla frequenza, che presenta caratteristiche di resistenza e proprietà di dissipazione; L'induttanza è una proprietà di accumulo dell'energia, equivalente alla riduzione del picco e al riempimento della valle. Quindi di solito c'è uno stato di rapide e piccole fluttuazioni di corrente tra la terra delle sfere magnetiche collegate in modo incrociato, perché le sfere magnetiche si satureranno e la corrente è troppo grande per essere consumata.

6 , metodo di messa a terra per la sicurezza e la protezione contro i fulmini

Poiché i fulmini e le correnti di messa a terra sicure sono generalmente molto maggiori dei danni provocati dalle correnti di segnale alle persone, si consiglia di collegare questi due punti di messa a terra separatamente a terra e collegarli in un unico punto alla terra effettiva, in particolare per la messa a terra della protezione contro i fulmini. .