1. Einleitung

Im Prozess des Schaltungsdesigns ist die Erdung ein alltägliches Problem. Die Erdungsmethode muss auf spezifischen Nutzungsszenarien basieren und es gibt keine universelle Erdungsmethode. In diesem Artikel erklären wir die Essenz von Erdungsproblemen, die es wert ist, sorgfältig ausgekostet zu werden.

2、Klassifizierung der Erdung

Derselbe Hardware-Schaltkreis kann auch Unterschiede in den Erdungsmethoden aufweisen, wenn der Zweck unterschiedlich ist. Insgesamt bestimmt der Zweck der Erdung die Art der Erdung. Hinsichtlich der Leistung kann die Erdung hauptsächlich in die folgenden vier Arten unterteilt werden:

1. Sichere Erdung;
2. Arbeitserdung, einschließlich digitaler Erdung, analoger Erdung und Stromerdung;
3. Anti-Überspannungs-Erdung;

4. Antistatische Erdung;

3、Zweck der Erdung

Die Hauptzwecke der Erdung werden in drei Kategorien unterteilt: niedrige Impedanz zur Erde, stabile Erdungsebene und ausgeglichene Erdung. Als Nächstes gehen wir hauptsächlich auf diese drei Aspekte ein:
1. Niedrige Impedanz zur Erde
Eine niedrige Impedanz zur Erde bedeutet, die Impedanz zwischen der Erdungsebene so weit wie möglich zu minimieren. Bei dieser Impedanz muss zwischen niederfrequenten und hochfrequenten Anwendungsszenarien unterschieden werden. Wenn wir einen großen Widerstand zwischen der Signalebene und
der Masseebene anbringen, wie in der folgenden Abbildung dargestellt:

Analyse:
Wenn niederfrequente Signale von der Signalebene zur Masseebene fließen, entspricht eine große Induktivität einem direkt geerdeten Draht, und die zu diesem Zeitpunkt gezeigte Charakteristik ist eine niedrige Impedanz.
Wenn Hochfrequenzsignale von der Signalebene zur Masseebene fließen, weist die große Induktivität eine große Impedanz auf, und die beim Testen gezeigte Charakteristik ist eine hohe Impedanz.

2. Stabilität auf Bodenhöhe

Erdungsstabilität bedeutet, dass die Impedanz zur Erde ausreichend ist und der Strom problemlos direkt zur Erde abgeleitet werden kann, während am Kabel nahezu kein Spannungsabfall auftritt. Es wird wie ein riesiger Ozean sein, in dem es keine Überraschungen geben wird, egal wie viele Flüsse zusammenfließen.

3. Bodenbalance

Was für uns bei Stromversorgungen oder Signalen wirklich wertvoll ist, ist oft der Druckunterschied zwischen ihnen. Es gibt ein Szenario, in dem, wenn ein Stromkreis externen Störungen ausgesetzt ist, die Spannung auf beiden Ebenen insgesamt ansteigt (die Gegentaktspannung bleibt unverändert, die Gleichtaktspannung steigt), wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Tatsächlich funktioniert die Schaltung normalerweise immer noch normal, und ein solches Szenario tritt häufig bei der Herstellung von Objekten auf.

Über die Luft wird ein elektrostatischer Impuls auf die Leiterplatte übertragen, und bei lokalen Schaltkreisen führen unterschiedliche Abstände unweigerlich zur Erzeugung elektrostatisch induzierter Druckunterschiede. Wenn zu diesem Zeitpunkt eine Metallplatte zur Trennung verwendet wird,
ist das induzierte elektrische Feld für die Leiterplatte hinter der Metallplatte gleichmäßig, selbst wenn die Metallplatte schwebend ist. Obwohl induzierte Störungen immer noch vorhanden sind, ist die Schaltung zumindest grundsätzlich ausgeglichen. Natürlich wäre es besser, wenn diese Metallplatte geerdet wäre. Natürlich wird die Gleichtaktspannung im Allgemeinen nicht aufrechterhalten, da die
Impedanz der Übertragungsleitung ungleichmäßig ist, was häufig zu Spannungsstörungen im Differenzmodus führt. Es ist am besten, sich nicht mit dem Problem des Bodengleichgewichts auseinanderzusetzen, aber wenn dies nicht möglich ist, z. B. bei schwimmenden Geräten, müssen Leiterplatten, die statischer Elektrizität ausgesetzt werden müssen, beim Schutz das Problem des Bodengleichgewichts berücksichtigen
.

4、Gemeinsame Erdungskopplungsstörung

Gemeinsame Erdkopplungsstörungen sind das Kernproblem bei der Erdung.

Beispielsweise gibt es in einem Theater drei Säle: Saal a, Saal b und Saal c, mit nur einem Ausgang. Wenn in drei Sälen gleichzeitig drei Sitzungen stattfinden, ist die Fläche von Halle C größer und bietet Platz für mehr Personen. Der Ausgang der Zuschauer in Halle C wirkt sich auf den Ausgang des Personals
in Halle A und Halle B aus. (Halle a, Halle b und Halle c entsprechen drei Rückwegen zum Boden, und der Gehweg entspricht einer gemeinsamen Erdimpedanz )

In Abbildung 1 ist beispielsweise der Widerstand des RAB-Abschnitts der gemeinsame Erdimpedanzteil, und die durch diesen Abschnitt fließenden Erdströme Io, Ia und Id beeinflussen sich in diesem Abschnitt gegenseitig. Wenn sich diese drei Ströme erheblich um ein bis zwei Größenordnungen unterscheiden, kann der
gegenseitige Einfluss nicht ignoriert werden, insbesondere wenn ein schwacher Erdstromzweig für quantitative Messungen, Verstärkungs- oder AD-Umwandlungsschaltungen verwendet wird. Abbildung 2 isoliert die Auswirkungen von Id auf die anderen beiden Pfade; Abbildung 3 zeigt, dass alle drei Erdströme separat isoliert sind.

5.Gemeinsame Basismethoden

Die Grundidee besteht darin, die unabhängige Verbindung von Sicherheitsschutzerde, digitaler Arbeitserde, analoger Arbeitserde, funktionierender Stromerde, Blitzüberspannungserde und Abschirmungserde im Design sicherzustellen. Schließlich werden diese Erdungspunkte beim System-Debugging basierend auf dem zu lösenden Problem zwischen verschiedenen Regionen, d. h. je nach Zweck der Erdung, auf folgende Weise verbunden, darunter:

NEIN.	Erdungsmethode	Beschreiben
1	Direkt geerdet	Dieser Kabeltyp eignet sich für mittlere bis erdgebundene Frequenzen und verfügt über eine gewisse Betriebsinduktivität und einen bestimmten Betriebswiderstand, die sich auf hochfrequente, schwankende Erdströme auswirken können. Unter dem Einfluss der Induktivität spielt das Kabel eine große Impedanzrolle, was einer Niederfrequenzerdung entspricht. Bei hohen Frequenzen kann die Erdung mit großer Impedanz keine zuverlässige Leitung bei hohen Frequenzen erreichen.
2	Hochohmige Erdung	Das Merkmal eines großen Widerstands besteht darin, dass bei einem Druckunterschied zwischen den beiden Enden des Widerstands ein schwacher Leitungsstrom erzeugt wird. Nachdem die Ladung am Erdungskabel entladen ist, beträgt die endgültige Druckdifferenz zwischen den beiden Enden 0 V. Diese Funktion kommt zum Einsatz, wenn die Ladung entladen werden soll, jedoch nicht schnell.
3	Erdung mit niedrigem Widerstand	Das Problem, das kleine Widerstände lösen müssen, besteht darin, eine Dämpfung hinzuzufügen, die die schnelle Änderung der Überschwingung des Erdstroms verhindert. Wenn sich der Strom ändert, verlangsamt er die Anstiegsflanke des Stoßstroms, was dem Anpassungswiderstand zwischen dem Ausgangsende des Quarzoszillators und dem Bus-Ausgangsende entspricht, um das Überschwingen zu reduzieren.
4	Induktive Erdung	Induktivitäten werden im Allgemeinen in Situationen eingesetzt, in denen Stromschwankungen zunehmen. Sie haben die Eigenschaft, Änderungen des Schaltkreiszustands zu unterdrücken. Durch die Verbindung von Induktoren können Spitzen und Täler eliminiert werden.
5	Magnetische Perlenerdung	Magnetkügelchen werden im Allgemeinen zwischen schwachen Signalen und Masse angebracht und entsprechen einem frequenzabhängigen Widerstand, der Widerstandseigenschaften und Verlusteigenschaften aufweist; Induktivität ist eine Energiespeichereigenschaft, die einer Spitzenglättung und Talfüllung entspricht. Daher kommt es normalerweise zu schnellen kleinen Stromschwankungen zwischen der Masse der über Kreuz verbundenen Magnetkügelchen, da die Magnetkügelchen gesättigt werden und der Strom zu groß ist, um verbraucht zu werden.

6 、 Erdungsmethode für Sicherheit und Blitzüberspannungsschutz

Da Blitzüberspannungen und sichere Erdungsströme in der Regel weitaus größer sind als der Schaden von Signalströmen für Menschen, empfiehlt es sich, insbesondere für die Blitzschutzerdung, diese beiden Erdungspunkte separat mit der Erde zu verbinden und sie an einem einzigen Punkt mit der wahren Erdung zu verbinden .