基于计算机的测试系统接地技术探讨
2007-01-16 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
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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
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