1. Introducción

En el proceso de diseño de circuitos, la conexión a tierra es un tema común. El método de conexión a tierra debe basarse en escenarios de uso específicos y no existe un método de conexión a tierra universal. En este artículo explicaremos la esencia de las cuestiones de conexión a tierra, que vale la pena saborear con atención.

2 、 Clasificación de puesta a tierra

El mismo circuito de hardware también puede tener diferencias en los métodos de conexión a tierra si el propósito es diferente. En general, el propósito de la conexión a tierra determina el método de conexión a tierra. En términos de rendimiento, la conexión a tierra se puede dividir principalmente en los cuatro tipos siguientes:

1. Conexión a tierra segura;
2. Conexión a tierra de trabajo, incluida la conexión a tierra digital, la conexión a tierra analógica y la conexión a tierra de energía;
3. Conexión a tierra contra sobretensiones;

4. Puesta a tierra antiestática;

3 、 Propósito de la conexión a tierra

Los propósitos principales de la conexión a tierra se dividen en tres categorías: baja impedancia a tierra, plano de tierra estable y tierra equilibrada. A continuación, profundizaremos principalmente en estos tres aspectos:
1. Baja impedancia a tierra
Baja impedancia a tierra significa minimizar la impedancia entre el plano de tierra tanto como sea posible. Esta impedancia debe distinguirse entre escenarios de aplicación de baja y alta frecuencia. Si colocamos una gran resistencia entre el plano de señal y
el plano de tierra, como se muestra en la siguiente figura:

Análisis:
cuando las señales de baja frecuencia fluyen desde el plano de la señal al plano de tierra, una inductancia grande equivale a un cable directamente conectado a tierra, y la característica exhibida en este momento es una impedancia baja.
Cuando las señales de alta frecuencia fluyen desde el plano de la señal al plano de tierra, la gran inductancia exhibe una gran impedancia y la característica exhibida durante la prueba es una alta impedancia.

2. Estabilidad a nivel del suelo

La estabilidad del suelo significa que la impedancia al suelo es suficiente y la corriente se descarga fácilmente directamente al suelo, mientras que casi no hay caída de voltaje en el cable. Será como un vasto océano, donde por muchos ríos que converjan no habrá sorpresas.

3. Balance de tierra

En el caso de fuentes de alimentación o señales, lo que realmente nos resulta valioso suele ser la diferencia de presión entre ellas. Existe un escenario en el que cuando un circuito se somete a interferencias externas, el voltaje en ambos planos aumenta en su conjunto (el voltaje en modo diferencial permanece sin cambios, el voltaje en modo común aumenta), como se muestra en la siguiente figura. De hecho, el circuito suele funcionar normalmente y este tipo de escenario se encuentra a menudo en la producción de objetos.

Se aplica un pulso electrostático a la placa de circuito a través del aire y, para los circuitos locales, diferentes distancias conducirán inevitablemente a la generación de diferencias de presión inducidas electrostáticamente. En este punto, si se utiliza una placa de metal para separarlo, incluso si la placa de metal está flotando, el
campo eléctrico inducido será uniforme para la placa de circuito detrás de la placa de metal. Aunque todavía existen interferencias inducidas, al menos el circuito está básicamente equilibrado. Por supuesto, sería mejor si esta placa de metal estuviera conectada a tierra. Por supuesto, el voltaje de modo común generalmente no se mantiene porque la
impedancia de la línea de transmisión es desigual, lo que a menudo conduce a interferencias de voltaje de modo diferencial. Es mejor no enfrentar el problema del equilibrio del suelo, pero cuando no hay manera, como en el caso de equipos flotantes, las placas de circuito que deben estar sujetas al impacto de la electricidad estática deben considerar el problema del equilibrio del suelo
al protegerlas.

4 、 Interferencia de acoplamiento a tierra común

La interferencia del acoplamiento a tierra común es el problema central al tratar con la conexión a tierra.

Por ejemplo, en un teatro hay tres salas: Sala a, Sala b y Sala c, con una sola salida. Cuando tres salas tienen tres sesiones al mismo tiempo, el área de la Sala C es más grande y puede acomodar a más personas. La salida de espectadores dentro de la Sala C afectará la salida del personal
dentro de la Sala A y la Sala B. (La Sala a, la Sala b y la Sala c equivalen a tres caminos de retorno al suelo, y la pasarela equivale a una impedancia de tierra común). )

Como ejemplo, en la Figura 1, la resistencia de la sección RAB es la parte de impedancia de tierra común, y las corrientes de tierra Io, Ia e Id que fluyen a través de esta sección se afectarán entre sí en esta sección; Si estas tres corrientes difieren significativamente en 1 o 2 órdenes de magnitud, no se puede ignorar el impacto
entre sí, especialmente cuando se utiliza una rama de corriente de tierra débil para circuitos de medición cuantitativa, amplificación o conversión AD; La Figura 2 aísla el impacto del Id en los otros dos caminos; La Figura 3 muestra que las tres corrientes de tierra están aisladas por separado.

5.Métodos básicos comunes

La idea básica es garantizar la conexión independiente de la tierra de protección de seguridad, la tierra digital de trabajo, la tierra analógica de trabajo, la tierra de alimentación de trabajo, la tierra contra sobretensiones y la tierra de blindaje en el diseño. Finalmente, durante la depuración del sistema, en función del problema a resolver entre diferentes regiones, es decir, según el propósito de la conexión a tierra, estos puntos de tierra se conectan de las siguientes maneras, que incluyen:

NO.	Método de puesta a tierra	Describir
1	Directamente conectado a tierra	Adecuado para frecuencias medias a terrestres, este tipo de cable tiene una cierta cantidad de inductancia y resistencia de funcionamiento, lo que puede afectar las corrientes de tierra fluctuantes de alta frecuencia. Bajo la influencia de la inductancia, el cable desempeña un papel de impedancia importante, equivalente a una conexión a tierra de baja frecuencia. A altas frecuencias, la conexión a tierra de gran impedancia no puede lograr una conducción confiable a altas frecuencias.
2	Puesta a tierra de alta resistencia	La característica de una resistencia grande es que una vez que hay una diferencia de presión entre los dos extremos de la resistencia, se generará una corriente de conducción débil. Después de descargar la carga en el cable de tierra, se logra que la diferencia de presión final entre los dos extremos sea 0V. Esta característica es cuando se desea descargar la carga pero no rápidamente.
3	Puesta a tierra de baja resistencia	El problema que deben resolver las resistencias pequeñas es agregar una amortiguación que dificulte el cambio rápido del exceso en la corriente de tierra. Cuando la corriente cambia, ralentiza el flanco ascendente de la sobrecorriente, lo que es equivalente a la resistencia coincidente entre el extremo de salida del oscilador de cristal y el extremo de salida del bus para reducir el timbre excesivo.
4	Puesta a tierra inductiva	Generalmente utilizados en situaciones donde aumentan las fluctuaciones de corriente, los inductores tienen la característica de suprimir los cambios de estado del circuito. Mediante la conexión de inductores se pueden eliminar picos y valles.
5	Conexión a tierra de cuentas magnéticas	Generalmente aplicadas entre señales débiles y tierra, las perlas magnéticas son equivalentes a una resistencia dependiente de la frecuencia y exhiben características de resistencia y propiedades de disipación; La inductancia es una propiedad de almacenamiento de energía, equivalente a la reducción de picos y al llenado de valles. Por lo tanto, generalmente hay un estado de pequeñas y rápidas fluctuaciones de corriente entre la tierra de las perlas magnéticas conectadas en forma cruzada, porque las perlas magnéticas se saturarán y la corriente será demasiado grande para consumirla.

6. Método de conexión a tierra para seguridad y protección contra sobretensiones.

Debido a que las sobretensiones de los rayos y las corrientes de conexión a tierra seguras son generalmente mucho mayores que el daño de las corrientes de señal a las personas, se recomienda conectar estos dos puntos de conexión a tierra por separado y conectarlos en un solo punto en la tierra verdadera, especialmente para la conexión a tierra de protección contra rayos. .