1. Introdução

No processo de projeto de circuitos, o aterramento é uma questão comum. O método de aterramento precisa ser baseado em cenários de uso específicos e não existe um método de aterramento universal. Neste artigo explicaremos a essência das questões de aterramento, que vale a pena saborear com atenção.

2、Classificação de aterramento

O mesmo circuito de hardware também pode ter diferenças nos métodos de aterramento se a finalidade for diferente. No geral, a finalidade do aterramento determina o método de aterramento. Em termos de desempenho, o aterramento pode ser dividido principalmente nos quatro tipos a seguir:

1. Aterramento seguro;
2. Aterramento de trabalho, incluindo aterramento digital, aterramento analógico e aterramento de energia;
3. Aterramento anti-surto;

4. Aterramento antiestático;

3、Objetivo do aterramento

Os principais objetivos do aterramento são divididos em três categorias: baixa impedância ao aterramento, plano de aterramento estável e aterramento equilibrado. A seguir, iremos elaborar principalmente sobre estes três aspectos:
1. Baixa impedância ao terra
Baixa impedância ao solo significa minimizar ao máximo a impedância entre o plano de terra. Esta impedância precisa ser diferenciada entre cenários de aplicação de baixa frequência e alta frequência. Se colocarmos uma grande resistência entre o plano de sinal e
o plano de terra, conforme mostrado na figura a seguir:

Análise:
Quando os sinais de baixa frequência fluem do plano de sinal para o plano de terra, uma grande indutância é equivalente a um fio diretamente aterrado, e a característica exibida neste momento é de baixa impedância.
Quando os sinais de alta frequência fluem do plano de sinal para o plano de terra, a grande indutância exibe uma grande impedância e a característica exibida durante o teste é de alta impedância.

2. Estabilidade ao nível do solo

A estabilidade do solo significa que a impedância ao solo é suficiente e a corrente é facilmente descarregada diretamente no solo, enquanto quase não há queda de tensão no fio. Será como um vasto oceano, onde por mais rios convirjam, não haverá surpresas.

3. Equilíbrio do solo

Para fontes de alimentação ou sinais, o que é verdadeiramente valioso para nós é muitas vezes a diferença de pressão entre eles. Existe um cenário em que quando um circuito é sujeito a interferência externa, a tensão em ambos os planos aumenta como um todo (a tensão do modo diferencial permanece inalterada, a tensão do modo comum aumenta), conforme mostrado na figura a seguir. Na verdade, o circuito normalmente ainda funciona normalmente, e esse tipo de cenário é frequentemente encontrado na produção de objetos.

Um pulso eletrostático é atingido na placa de circuito através do ar e, para circuitos locais, distâncias diferentes levarão inevitavelmente à geração de diferenças de pressão induzidas eletrostáticas. Neste ponto, se uma placa metálica for usada para separá-la, mesmo que a placa metálica esteja flutuando, o
campo elétrico induzido será uniforme para a placa de circuito atrás da placa metálica. Embora a interferência induzida ainda exista, pelo menos o circuito está basicamente equilibrado. Claro, seria melhor se esta placa metálica estivesse aterrada. É claro que a tensão de modo comum geralmente não é mantida porque a
impedância da linha de transmissão é irregular, o que muitas vezes leva à interferência de tensão de modo diferencial. É melhor não enfrentar a questão do equilíbrio do solo, mas quando não há como, como equipamentos flutuantes, as placas de circuito que devem ser submetidas ao impacto da eletricidade estática devem considerar a questão do equilíbrio do solo ao protegê-las
.

4、Interferência de acoplamento de aterramento comum

A interferência comum no acoplamento de aterramento é o principal problema ao lidar com o aterramento.

Por exemplo, em um teatro existem três salas: Sala a, Sala b e Sala c, com apenas uma saída. Quando três salas realizam três sessões ao mesmo tempo, a área da Sala C é maior e pode acomodar mais pessoas. A saída de espectadores dentro do Hall C afetará a saída de pessoal
dentro do Hall A e Hall B. (Hall a, Hall b e Hall c são equivalentes a três caminhos de retorno ao solo, e a passarela é equivalente a uma impedância de terra comum )

Como exemplo, na Figura 1, a resistência da seção RAB é a parte da impedância de terra comum, e as correntes de terra Io, Ia e Id que fluem através desta seção afetarão umas às outras nesta seção; Se essas três correntes diferirem significativamente em 1-2 ordens de magnitude, o impacto
entre si não pode ser ignorado, especialmente quando um ramal de corrente de terra fraco é usado para medição quantitativa, amplificação ou circuitos de conversão AD; A Figura 2 isola o impacto do Id nos outros dois caminhos; A Figura 3 mostra que todas as três correntes de terra são isoladas separadamente.

5. Métodos básicos comuns

A ideia básica é garantir a conexão independente do aterramento de proteção de segurança, aterramento digital de trabalho, aterramento analógico de trabalho, aterramento de energia de trabalho, aterramento contra descargas atmosféricas e aterramento de blindagem no projeto. Por fim, durante a depuração do sistema, com base no problema a ser resolvido entre as diferentes regiões, ou seja, de acordo com a finalidade do aterramento, esses pontos de aterramento são conectados das seguintes formas, entre elas:

NÃO.	Método de aterramento	Descrever
1	Diretamente aterrado	Adequado para frequências médias a terra, este tipo de fio tem uma certa quantidade de indutância e resistência de operação, o que pode afetar correntes de terra flutuantes de alta frequência. Sob a influência da indutância, o cabo desempenha um papel de grande impedância, equivalente ao aterramento de baixa frequência. Em altas frequências, o aterramento de grande impedância não consegue alcançar uma condução confiável em altas frequências.
2	Aterramento de alta resistência	A característica de um resistor grande é que, uma vez que haja uma diferença de pressão entre as duas extremidades do resistor, será gerada uma corrente de condução fraca. Depois que a carga do fio terra é descarregada, a diferença de pressão final entre as duas extremidades é de 0V. Este recurso ocorre quando se deseja descarregar a carga, mas não rapidamente.
3	Aterramento de baixa resistência	O problema que os pequenos resistores precisam resolver é adicionar um amortecimento que dificulte a rápida mudança de overshoot na corrente de terra. Quando a corrente muda, ela desacelera a borda ascendente da corrente de surto, que é equivalente à resistência correspondente entre a extremidade de saída do oscilador de cristal e a extremidade de saída do barramento para reduzir o toque de overshoot.
4	Aterramento indutivo	Geralmente utilizados em situações onde as flutuações de corrente aumentam, os indutores têm a característica de suprimir mudanças de estado do circuito. Através da conexão de indutores, picos e vales podem ser eliminados.
5	Aterramento do cordão magnético	Geralmente aplicados entre sinais fracos e terra, os grânulos magnéticos são equivalentes a um resistor dependente de frequência, exibindo características de resistência e propriedades de dissipação; A indutância é uma propriedade de armazenamento de energia, equivalente à redução de picos e ao preenchimento de vales. Portanto, geralmente há um estado de pequenas flutuações rápidas de corrente entre o solo das esferas magnéticas conectadas em cruz, porque as esferas magnéticas ficarão saturadas e a corrente será muito grande para ser consumida.

6 、 Método de aterramento para segurança e proteção contra surtos de raios

Como os surtos de raios e as correntes de aterramento seguras são geralmente muito maiores do que os danos das correntes de sinal às pessoas, é recomendado conectar esses dois pontos de aterramento separadamente ao solo e conectá-los em um único ponto no verdadeiro aterramento, especialmente para aterramento de proteção contra raios. .