基于计算机的测试系统接地技术探讨

2007-01-16 13:34:04来源: 自动化与仪器仪表
0 引 言

  随着微电子技术和计算机技术的发展,计算机被引入电子测量仪器,形成基于计算机的自动测试系统。计算机属弱电设备,因此,自动测试系统极易受干扰。其中,接地干扰轻则给系统测试数据带来误差,重则将出现“冲程序”现象,使整个测试系统不能正常工作。所以,基于计算机的测试系统设计时,需要采用良好的接地技术。

1 接地概述

  以大地作为零电位的基准,是基于地球的电容量极大。但是大地不是良导体,它的导电率介于导体与绝缘体之间,称为半导体。当一个电子系统内两个不同电位点分别进行接地时,在接地回路中流过电流,形成共模干扰造成不良影响。因此,仅限与一点接地时,大地才被视为零电位基准,通常所说的接地,实际上是指一点接地。正确接地才能防止对系统内弱小信号的干扰。大地可作为接地的零电位基准,而自动测试系统的内部也需要有一个电位参考面(模拟地电位)。除工作在高电位的线路外,线路中某一参考点和其它金属体均需保持在一个稳定的电位上,一般是利用外壳或安装金属板作电位参考面,并且和大地相接。接地的目的:(1)防止带高压元件及布线击穿时使机壳带电,防止人员触电,也是“保护地”;(2)减小由于公共阻抗或其他耦合所造成的电磁干扰,使自动测试系统稳定可靠,这是“测量地”。

2 地线种类

  基于计算机的自动测试系统,地线种类繁多,现归纳总结出以下几种:

  (1) 数字地,也叫逻辑地。它是测试系统中数字电路的零电位;
  (2) 模拟地,它是放大器、采样/保持器(S/H)以及A/D转换器输入信号的零电位;
  (3) 交流地,交流50Hz电源的地线,这种地是噪声地;
  (4) 直流地,指直流电源的地线;
  (5) 信号地,指传感器的地;
  (6) 功率地,指大电流网络部件的零电位;
  (7) 屏蔽地,为防止静电感应和电磁感应而设计的,也称机壳地。

  接地问题处理得正确与否,将直接影响系统的正常工作。接地包含两方面的内容,一个是接地点正确与否,另一个是接地是否牢靠。前者用来防止控制测试系统各部分的串扰,后者尽量使各接地点处于良好连接,以防接地线上的电压降。下面就给大家介绍几种接地技术,供大家参考。

3 接地技术

3.1 一点接地

  对音频、超音频等低频系统,布线和元件的寄生电感影响不大,最好采用一点接地的方法。从经济和防止相互干扰的观点出发,可根据所使用的功率分成3类:高电平干扰电路;中电平一般电路;低电平敏感电路。采用星形分离接地面的方法,分别单独连到测试系统的总接地点汇总后接地。并且接线长度尽量短,以减少寄生电感和寄生电容的影响,当频率在1~10MHz之间时,其地线长度不应超过波长的1/20;否则应采用多点接地。系统的一点接地如图1所示。



3.2 多点接地

  为防止共阻抗耦合引入的干扰,都希望采用一点接地。在高频电路中,接地线的电感和相互间的寄生电容、屏蔽形成的额外回路等破坏一点接地,因此需要将接地点分别接在一个接地导体面上,做成一个相同的低阻抗通路,来削弱电磁干扰的影响。所以当频率高于10MHz时,应采用多点接地。

3.3 数字地和模拟地的连接技术

  数字地主要是指TTL或CMOS芯片、I/O接口芯片、CPU芯片等数字逻辑电路的地端,以及A/D、D/A转换器的数字地。而模拟地则是指放大器、S/H采样保持器和A/D、D/A中模拟信号的接地端。在基于计算机的测试系统中,数字地和模拟地必须分别接地 。即使是同一芯片上有两种地也要分别接地,然后仅在一点处把两种地连接起来,否则,数字回路通过模拟电路的地线再返回到数字电源,对模拟信号产生干扰。例如测试系统中计算机数据采样的接地如图2所示。



3.4 自动测试系统的接地技术

  在一个完整的基于计算机的自动测试系统中,一般有三种类型的地,一种是低电平电路地线,如数字地、模拟地等;一种是继电器、电动机、电磁开关等强电元器件的地(暂称其为噪声地);再一种是机壳、仪器柜的外壳地(称其为金属件地)。如果仪器设备使用交流电源,则电源地应与金属件地相连。在系统连接时,要把这三种地线在一点接地,如图3所示。
      

4 结束语

  在一个基于计算机的自动测试系统中,接地问题往往比较复杂,这是因为接地不良的表现形式多种多样,干扰现象不同,不易把握。测试系统需要采用良好的接地技术,使接地线的长度最短,并且尽可能不相互交叉,以减少地线回路和地电流与线路之间的耦合。另外必须对接地平面小心地加以爱护,注意防止损伤和振动,以免在接地系统中形成高阻抗。最终有效减少地线干扰。

参考文献

1 潘新民等.微型计算机控制技术.北京:人民邮电出版社,1999.6
2 白同云等.电磁干扰与兼容.长沙:国防科技大学出版社,1991.2

关键字:弱电  程序  电容  电位

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/zhzx/200701/2064.html
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