如圖1所示,在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來之前,1990年1月18日的EDN美國版雜志就曾討論過這個(gè)問題,但在34年后的今天,我們有必要進(jìn)一步詳細(xì)研究一下這個(gè)概念。
圖1:1990年的“用電阻隔離地”設(shè)計(jì)理念檔案
圖片內(nèi)容:
設(shè)計(jì)理念:用電阻器隔離地
系統(tǒng)設(shè)計(jì)專家堅(jiān)持認(rèn)為,除了一個(gè)公共點(diǎn)之外,您應(yīng)該將模擬地和數(shù)字地完全分開。但是,如果您嘗試布置IEEE-488設(shè)備,標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備互連電纜的金屬外殼會將數(shù)字地連接到設(shè)備機(jī)箱,從而使您的最佳意圖落空。實(shí)際上,只要將電纜插入設(shè)備,就會形成地回路。
在這種情況下,最好的辦法是使用電阻器連接設(shè)備的兩個(gè)地。這樣,所有明顯的數(shù)字地電流都將流過電纜外殼的外部通路。取消1Ω電阻而使用電纜外殼作為唯一的地通路并不是一個(gè)好主意。如果需要在不插入電纜的情況下操作設(shè)備,這種配置會造成問題。
右圖:用一個(gè)1Ω電阻連接模擬地和數(shù)字地,可以消除IEEE-488系統(tǒng)中可能存在的地回路——該系統(tǒng)電纜的金屬連接器外殼會將數(shù)字地連接到機(jī)箱。
當(dāng)時(shí),GPIB(通用接口總線)控制器是Bertan 200-C488。被控制的模擬產(chǎn)品通常是Bertan 205A/210高壓電源之一。210系列高壓電源的輸出功率約為200W,雖然不是可能遇到的最大功率水平,但仍然足以產(chǎn)生一些熱量。
控制器和被控對象單獨(dú)分開放置時(shí)的樣子,如圖2所示。
圖2:Bertan 200-C488 GPIB控制器和被控Bertan 205A/210高壓電源的方框圖
被控對象有一個(gè)模擬地,通過它可以施加控制模擬電壓,并獲得電壓和電流監(jiān)控信號。被控對象還有一些基本的開/關(guān)信號。控制器有與之匹配的輸入和輸出。
在產(chǎn)品開發(fā)過程中,首次嘗試對兩者進(jìn)行接口,效果并不理想(見圖3)。
圖3:控制器和被控對象之間有地回路電流,其電流大小會干擾控制和監(jiān)測
控制器和被控對象之間的電纜中發(fā)現(xiàn)有一個(gè)電流回路,其電流大小確實(shí)干擾了控制和監(jiān)測。只有天知道是什么產(chǎn)生了僅僅幾毫伏電壓,就能通過僅僅幾毫歐電阻的回路產(chǎn)生很大的電流。
這是在設(shè)計(jì)過程中不經(jīng)意掉入的陷阱(都是我的錯)。通過精心設(shè)計(jì)的隔離規(guī)定進(jìn)行重大的重新設(shè)計(jì),想想都覺得可怕,因此我們稍稍后退了一步,仔細(xì)研究并找到一個(gè)更簡單的補(bǔ)救措施。
由于控制器仍處于開發(fā)階段,我們意識到需要將其數(shù)字地和模擬地連接在一起,而在兩者之間添加一個(gè)1Ω電阻(如圖4所示)不會產(chǎn)生破壞性影響。
圖4:對控制器和被控對象進(jìn)行修改,用一個(gè)1Ω的電阻將控制器的數(shù)字地和模擬地連接在一起
有了這個(gè)電阻后,地回路的情況大為改觀(圖5),這意味著地回路中的電流大大減少,不會產(chǎn)生任何破壞性影響。電流本身并沒有變?yōu)榱悖珔s降低到了一個(gè)低得多的非破壞性水平。
圖5:地回路電流減小后的控制器和被控對象
位于被控對象處的數(shù)字地和模擬地之間的硬連線連接與控制器無關(guān),但隨著地回路電流的幅度大大降低,該電流已不再對任何設(shè)備產(chǎn)生明顯影響。
此外,如果控制器被斷開連接,通過修改后的接地布置,控制器仍能保持穩(wěn)定。無論是否與其他設(shè)備連接,工作穩(wěn)定性都不會下降。
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原文標(biāo)題:什么是地回路?如何消除?
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