基于計算機的測試系統(tǒng)接地技術(shù)探討
[導(dǎo)讀]隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機被引入電子測量儀器，形成基于計算機的自動測試系統(tǒng)。
0 引 言
隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機被引入電子測量儀器，形成基于計算機的自動測試系統(tǒng)。計算機屬弱電設(shè)備，因此，自動測試系統(tǒng)極易受干擾。其中，接地干擾輕則給系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)帶來誤差，重則將出現(xiàn)“沖程序”現(xiàn)象，使整個測試系統(tǒng)不能正常工作。所以，基于計算機的測試系統(tǒng)設(shè)計時，需要采用良好的接地技術(shù)。
1 接地概述
以大地作為零電位的基準，是基于地球的電容量極大。但是大地不是良導(dǎo)體，它的導(dǎo)電率介于導(dǎo)體與絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體。當一個電子系統(tǒng)內(nèi)兩個不同電位點分別進行接地時，在接地回路中流過電流，形成共模干擾造成不良影響。因此，僅限與一點接地時，大地才被視為零電位基準，通常所說的接地，實際上是指一點接地。正確接地才能防止對系統(tǒng)內(nèi)弱小信號的干擾。大地可作為接地的零電位基準，而自動測試系統(tǒng)的內(nèi)部也需要有一個電位參考面（模擬地電位）。除工作在高電位的線路外，線路中某一參考點和其它金屬體均需保持在一個穩(wěn)定的電位上，一般是利用外殼或安裝金屬板作電位參考面，并且和大地相接。接地的目的：（1）防止帶高壓元件及布線擊穿時使機殼帶電，防止人員觸電，也是“保護地”；（2）減小由于公共阻抗或其他耦合所造成的電磁干擾，使自動測試系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，這是“測量地”。
2 地線種類
基于計算機的自動測試系統(tǒng)，地線種類繁多，現(xiàn)歸納總結(jié)出以下幾種：
(1) 數(shù)字地，也叫邏輯地。它是測試系統(tǒng)中數(shù)字電路的零電位；
(2) 模擬地，它是放大器、采樣／保持器（S／H）以及A／D轉(zhuǎn)換器輸入信號的零電位；
(3) 交流地，交流50Hz電源的地線，這種地是噪聲地；
(4) 直流地，指直流電源的地線；
(5) 信號地，指傳感器的地；
(6) 功率地，指大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位；
(7) 屏蔽地，為防止靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而設(shè)計的，也稱機殼地。
接地問題處理得正確與否，將直接影響系統(tǒng)的正常工作。接地包含兩方面的內(nèi)容,一個是接地點正確與否，另一個是接地是否牢靠。前者用來防止控制測試系統(tǒng)各部分的串擾，后者盡量使各接地點處于良好連接，以防接地線上的電壓降。下面就給大家介紹幾種接地技術(shù)，供大家參考。
3 接地技術(shù)
3.1 一點接地
對音頻、超音頻等低頻系統(tǒng)，布線和元件的寄生電感影響不大，最好采用一點接地的方法。從經(jīng)濟和防止相互干擾的觀點出發(fā)，可根據(jù)所使用的功率分成3類：高電平干擾電路；中電平一般電路；低電平敏感電路。采用星形分離接地面的方法，分別單獨連到測試系統(tǒng)的總接地點匯總后接地。并且接線長度盡量短，以減少寄生電感和寄生電容的影響，當頻率在1～10MHz之間時，其地線長度不應(yīng)超過波長的1／20；否則應(yīng)采用多點接地。系統(tǒng)的一點接地如圖1所示。
3.2 多點接地
為防止共阻抗耦合引入的干擾，都希望采用一點接地。在高頻電路中，接地線的電感和相互間的寄生電容、屏蔽形成的額外回路等破壞一點接地，因此需要將接地點分別接在一個接地導(dǎo)體面上，做成一個相同的低阻抗通路，來削弱電磁干擾的影響。所以當頻率高于10MHz時，應(yīng)采用多點接地。
3.3 數(shù)字地和模擬地的連接技術(shù)
數(shù)字地主要是指TTL或CMOS芯片、I／O接口芯片、CPU芯片等數(shù)字邏輯電路的地端，以及A／D、D／A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字地。而模擬地則是指放大器、S／H采樣保持器和A／D、D／A中模擬信號的接地端。在基于計算機的測試系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地必須分別接地 。即使是同一芯片上有兩種地也要分別接地，然后僅在一點處把兩種地連接起來，否則,數(shù)字回路通過模擬電路的地線再返回到數(shù)字電源，對模擬信號產(chǎn)生干擾。例如測試系統(tǒng)中計算機數(shù)據(jù)采樣的接地如圖2所示。
3.4 自動測試系統(tǒng)的接地技術(shù)
在一個完整的基于計算機的自動測試系統(tǒng)中，一般有三種類型的地，一種是低電平電路地線，如數(shù)字地、模擬地等；一種是繼電器、電動機、電磁開關(guān)等強電元器件的地（暫稱其為噪聲地）；再一種是機殼、儀器柜的外殼地（稱其為金屬件地）。如果儀器設(shè)備使用交流電源，則電源地應(yīng)與金屬件地相連。在系統(tǒng)連接時，要把這三種地線在一點接地，如圖3所示。
4 結(jié)束語
在一個基于計算機的自動測試系統(tǒng)中，接地問題往往比較復(fù)雜，這是因為接地不良的表現(xiàn)形式多種多樣，干擾現(xiàn)象不同，不易把握。測試系統(tǒng)需要采用良好的接地技術(shù)，使接地線的長度最短，并且盡可能不相互交叉，以減少地線回路和地電流與線路之間的耦合。另外必須對接地平面小心地加以愛護，注意防止損傷和振動，以免在接地系統(tǒng)中形成高阻抗。最終有效減少地線干擾。
參考文獻
1 潘新民等．微型計算機控制技術(shù)．北京：人民郵電出版社，1999．6
2 白同云等．電磁干擾與兼容．長沙：國防科技大學(xué)出版社，1991．2
隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機被引入電子測量儀器，形成基于計算機的自動測試系統(tǒng)。計算機屬弱電設(shè)備，因此，自動測試系統(tǒng)極易受干擾。其中，接地干擾輕則給系統(tǒng)測試數(shù)據(jù)帶來誤差，重則將出現(xiàn)“沖程序”現(xiàn)象，使整個測試系統(tǒng)不能正常工作。所以，基于計算機的測試系統(tǒng)設(shè)計時，需要采用良好的接地技術(shù)。
1 接地概述
以大地作為零電位的基準，是基于地球的電容量極大。但是大地不是良導(dǎo)體，它的導(dǎo)電率介于導(dǎo)體與絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體。當一個電子系統(tǒng)內(nèi)兩個不同電位點分別進行接地時，在接地回路中流過電流，形成共模干擾造成不良影響。因此，僅限與一點接地時，大地才被視為零電位基準，通常所說的接地，實際上是指一點接地。正確接地才能防止對系統(tǒng)內(nèi)弱小信號的干擾。大地可作為接地的零電位基準，而自動測試系統(tǒng)的內(nèi)部也需要有一個電位參考面（模擬地電位）。除工作在高電位的線路外，線路中某一參考點和其它金屬體均需保持在一個穩(wěn)定的電位上，一般是利用外殼或安裝金屬板作電位參考面，并且和大地相接。接地的目的：（1）防止帶高壓元件及布線擊穿時使機殼帶電，防止人員觸電，也是“保護地”；（2）減小由于公共阻抗或其他耦合所造成的電磁干擾，使自動測試系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，這是“測量地”。
2 地線種類
基于計算機的自動測試系統(tǒng)，地線種類繁多，現(xiàn)歸納總結(jié)出以下幾種：
(1) 數(shù)字地，也叫邏輯地。它是測試系統(tǒng)中數(shù)字電路的零電位；
(2) 模擬地，它是放大器、采樣／保持器（S／H）以及A／D轉(zhuǎn)換器輸入信號的零電位；
(3) 交流地，交流50Hz電源的地線，這種地是噪聲地；
(4) 直流地，指直流電源的地線；
(5) 信號地，指傳感器的地；
(6) 功率地，指大電流網(wǎng)絡(luò)部件的零電位；
(7) 屏蔽地，為防止靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)而設(shè)計的，也稱機殼地。
接地問題處理得正確與否，將直接影響系統(tǒng)的正常工作。接地包含兩方面的內(nèi)容,一個是接地點正確與否，另一個是接地是否牢靠。前者用來防止控制測試系統(tǒng)各部分的串擾，后者盡量使各接地點處于良好連接，以防接地線上的電壓降。下面就給大家介紹幾種接地技術(shù)，供大家參考。
3 接地技術(shù)
3.1 一點接地
對音頻、超音頻等低頻系統(tǒng)，布線和元件的寄生電感影響不大，最好采用一點接地的方法。從經(jīng)濟和防止相互干擾的觀點出發(fā)，可根據(jù)所使用的功率分成3類：高電平干擾電路；中電平一般電路；低電平敏感電路。采用星形分離接地面的方法，分別單獨連到測試系統(tǒng)的總接地點匯總后接地。并且接線長度盡量短，以減少寄生電感和寄生電容的影響，當頻率在1～10MHz之間時，其地線長度不應(yīng)超過波長的1／20；否則應(yīng)采用多點接地。系統(tǒng)的一點接地如圖1所示。
3.2 多點接地
為防止共阻抗耦合引入的干擾，都希望采用一點接地。在高頻電路中，接地線的電感和相互間的寄生電容、屏蔽形成的額外回路等破壞一點接地，因此需要將接地點分別接在一個接地導(dǎo)體面上，做成一個相同的低阻抗通路，來削弱電磁干擾的影響。所以當頻率高于10MHz時，應(yīng)采用多點接地。
3.3 數(shù)字地和模擬地的連接技術(shù)
數(shù)字地主要是指TTL或CMOS芯片、I／O接口芯片、CPU芯片等數(shù)字邏輯電路的地端，以及A／D、D／A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字地。而模擬地則是指放大器、S／H采樣保持器和A／D、D／A中模擬信號的接地端。在基于計算機的測試系統(tǒng)中，數(shù)字地和模擬地必須分別接地 。即使是同一芯片上有兩種地也要分別接地，然后僅在一點處把兩種地連接起來，否則,數(shù)字回路通過模擬電路的地線再返回到數(shù)字電源，對模擬信號產(chǎn)生干擾。例如測試系統(tǒng)中計算機數(shù)據(jù)采樣的接地如圖2所示。
3.4 自動測試系統(tǒng)的接地技術(shù)
在一個完整的基于計算機的自動測試系統(tǒng)中，一般有三種類型的地，一種是低電平電路地線，如數(shù)字地、模擬地等；一種是繼電器、電動機、電磁開關(guān)等強電元器件的地（暫稱其為噪聲地）；再一種是機殼、儀器柜的外殼地（稱其為金屬件地）。如果儀器設(shè)備使用交流電源，則電源地應(yīng)與金屬件地相連。在系統(tǒng)連接時，要把這三種地線在一點接地，如圖3所示。
4 結(jié)束語
在一個基于計算機的自動測試系統(tǒng)中，接地問題往往比較復(fù)雜，這是因為接地不良的表現(xiàn)形式多種多樣，干擾現(xiàn)象不同，不易把握。測試系統(tǒng)需要采用良好的接地技術(shù)，使接地線的長度最短，并且盡可能不相互交叉，以減少地線回路和地電流與線路之間的耦合。另外必須對接地平面小心地加以愛護，注意防止損傷和振動，以免在接地系統(tǒng)中形成高阻抗。最終有效減少地線干擾。
參考文獻
1 潘新民等．微型計算機控制技術(shù)．北京：人民郵電出版社，1999．6
2 白同云等．電磁干擾與兼容．長沙：國防科技大學(xué)出版社，1991．2
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