笔记：电子设备接地，接的到底是什么地？-编程知识

电路中有“地”，设备中有“地”；都是“地”，此地非彼地。

混淆的原因

有些混淆，是以为中文翻译造成的，英文所有Ground都统一翻译为“地”；
例1：英文Circuit Ground，应该翻译为电路地线或者回路地线，直流电路中可以理解为0V、24VG、-V等。
例2：英文Earth Ground ，应该翻译为大地或者地球地，比如：设备上打的地线就是Earth Ground。

有些混淆，是因为不同职业指点“地”，根本就不一样。

对于线路工程师来说，接地的含义通常是‘线路电压的参考点’；
对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；
对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到大地的意思。

接地的定义

一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。

接地就是指在系统与某个电位基准之间建立低电阻通路，相同接地点之间的连线被称为地线。它与大地是不同的。有时候需要将它与大地连接，有时候也不需要，视具体情况而定。

引入接地技术，最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地（防雷接地），从而起到保护作用。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当出现诸如电线绝缘不良，线路老化等某种原因引起相线和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经**PE线（保护接地）**到大地，从而起到保护作用。

随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。比如在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地（信号地）。而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注（屏蔽接地），否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。

电子设备的“地”有两种形式：

一种是接“大地”（Earth Ground）。以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连，有保护设备和人员安全的作用，如保护接地、防雷接地等，通常称之为**“安全地”**。

另一种是“系统基准地”。在弱电系统中的接地不一定是指真实意义上与地球相连的接地，有提高系统稳定性、屏蔽保护性以增强系统电磁兼容性的作用，在必要时也可做接“大地”处理，通常称之为**“信号地”**。

一、电子电路中的“地”

1.1 电子电路中的电源端与地端

在电子电路中，会常常看到VCC、VDD和VSS三种不同的符号，它们都是什么含义呢？

VCC、VDD和VSS释义

VCC（Voltage Collector-to-Collector）：C=Collector 表示集电极的意思；一般针对双极器件，如74系列数字电路，表示电源电压

VDD（ Voltage Drain-to-Drain）：D=Drain 表示漏极的意思；一般针对单极器件，如4000系列数字电路，表示电源电压；场效应管表示漏极电压。

VSS（ Voltage Source-to-Source）：S=Source 表示源极的意思，一般针对单极器件；场效应管表示漏极电压表示源极电压。

VEE：负电压供电，场效应管的源极（S）

VPP：EPROM 编程/擦除电压。

解释：

1、对于数字电路来说，VCC是电路的供电电压，VDD是芯片的工作电压，在普通的电子电路中，一般VCC>VDD，VSS是接地点。2、有些IC既有VDD引脚又有VCC引脚，说明这种器件自身带有电压转换功能。3、在场效应管（或COMS器件）中，VDD为漏极引脚，VSS为源极引脚，VDD和VSS指的是元件引脚，而不表示供电电压。

GND释义

GND(Ground)：就是公共端的意思，电路电压的基准点。也可以说是地，但这个地并不是真正意义上的地。是出于应用而假设的一个地，对于各个电路部分的公共电源来说，它就是这个公共电源的负极。
疑问：这里称为信号地准确吗？？。

1.2 电路中的数字地和模拟地

如果一个电路，既有模拟电路部分，又有数字电路部分，这时为了避免两部分之间的干扰，就有可能要区分模拟地和数字地。

由于数字信号一般为矩形波（标注：数字信号的特征），它包含大量的高次谐波（疑问：需要理解高次谐波）。如果电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开，数字信号中的谐波很容易会干扰到模拟信号的波形（标注：正弦波）。当模拟信号为高频或强电信号时，也会影响到数字电路的正常工作。模拟电路涉及弱小信号，但是数字电路门限电平较高，对电源的要求就比模拟电路低些。既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，使模拟电路的小信号指标变差，克服的办法是分开模拟地和数字地。

存在问题的根本原因：无法保证电路板上铜箔的电阻为零，在接入点将数字地和模拟地分开，就是为了将数字地和模拟地的共地电阻降到最小。

AVCC、AGND和DVCC、DGND释义

AVCC：模拟部分电源供电；
AGND：模拟地，模拟地是模拟电路部分的公共基准端，模拟信号的电压基准端（零电位点）。

DVCC：数字部分电源供电；
DGND：数字地数字地是数字电路部分的公共基准端，即数字电压信号的基准端

二、电气控制系统中的各种“地”

在进行一个电气线路设计的时候，要正确处理各种不同信号的接地。在控制系统中，一般有有以下几种地线[3]：

（1）直流地：系统直流供电电源的地。

（2）交流地：系统交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的根源。

（3）信号地：通常为系统信号输入电路（传感器、编码器等）的地。

（4）模拟地AGND：是各种模拟量信号的公共端，零电位。

（5）数字地DGND：也叫逻辑地，是各种数字量（开关量）信号的公共端，零电位。

（6）屏蔽地：也叫机壳地，为了防止静电感应和磁场感应而设。

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三、电气设备接地

3.1 电器设备接地的几个常用概念

电气地（Earth Ground）：大地是一个电阻非常低、电容量非常大的物体，拥有吸收无限电荷的能力，而且在吸收大量电荷后仍能保持电位不变，因此作为电气系统中的参考电位体。
地电位：人工设置的与大地紧密接触并形成电气接触的一个或一组导电体称为接地体（接地极、接地桩）。当流入地中的电流通过接地体向大地作半球形散开时，由于这个半球形的球面在离接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在离接地极越近的地方电阻越大，越远的地方电阻越小。
接地装置：由接地体和接地线组成。直接与土壤接触的金属导体称为接地体。电气设备需接地点与接地体连接的金属导体称为接地线。

接地体可分为自然接地体和人工接地体两类：

1）自然接地体：埋在地下的自来水管及其他金属管道（液体燃料和易燃、易爆气体的管道除外）、金属井管、建筑物和构筑物与大地接触的或水下的金属结构；以及建筑物的钢筋混凝土基础等。2）人工接地体，通常采用圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板，可用垂直埋置的角钢、圆钢或钢管，以及水平埋置的圆钢、扁钢等。

3.2 电器设备接地 - 常见的接地种类有以下几项：

重复接地、保护接地、工作接地、防雷接地、屏蔽接地、防静电接地等。

重复接地（用于配电电路，即：380V供电电路，接电气地；作为知识点了解，一般用不到）

重复接地就是在中性点（注释：N线是中性线，中性点是什么？？）直接接地的系统中，在零干线的一处或多处用金属导线连接接地装置。

在低压三相四线制中性点直接接地线路中，施工单位在安装时,应将配电线路的零干线和分支线的终端接地，零干线上每隔1千米做一次接地。

对于距接地点超过50米的配电线路，接入用户处的零线仍应重复接地，重复接地电阻应不大于10欧。

保护接零与保护接地（用于设备外壳接地，即：保护地，接电气地）

电气设备在正常情况下不带电的金属外壳及金属支架与大地作电气连接，称为保护接地。保护接地主要应用在中性点不接地的供电系统中。

倘若不采用保护接地措施，那么人体触及带电外壳时，由于输电线和大地之间存在分布电容（疑问：分布电容？？）而构成回路，使人体有电流通过而发生触电事故。

如果电气设备采用了保护接地措施，那么人体触及带电外壳时，人体与保护接地装置的电阻并联（注释：保护的原理）。由于接地电阻小于人体电阻，此时可以认为通过人体的电流很小，电流几乎不通过人体，避免了触电事故。

根据《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)中14.2.1条规定的定义：保护接零系统(TN系统)为“电力系统有一点直接接地，受电设备的外露可导电部分通过保护线(PE线)与接地点连接”。可见，TN系统中工作零线(N)与保护接零线(PE线)是由共同地点引出的导线。

而保护接地系统(TT系统)是“电力系统有一点直接接地，受电设备的外露可导电部分通过保护线(PE线)接至与电力系统接地点无直接关联的接地极”。

由以上定义可见，保护接零系统(TN系统)与保护接地系统(TT系统)的根本区别在于工作零线(N线)与保护线(PE线)是否为同一地极引出。而当施工现场用电与外部共用一低压电网，即电力系统接地极不在施工现场时，就很难采用TN系统，只有采用TT系统了。

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PE线，英文protecting earthing，中文名称[保护导体]，也就是我们通常所说的[地线]（即：交流电中的地线），我国规定PE线为绿-黄双色线。PE线是专门用于将电气装置外露导电部分接地的导体，至于是直接连接至与电源点工作接地无关的接地极上（TT）还是通过电源中性点接地（TN）并不重要，二者都叫PE线。

PEN线是兼有保护接地线（PE线）和**接中性点功能（N线）**的导体。工程中多用于变电所低压侧至用户电源进线点间的一段线路（TN-C-S的TN-C段）。

保护中性线PEN用什么颜色标识？
PEN线是将原中性线准确的良好的接地，同时将需要保护的设备的外壳等连接于PEN线，所以，PEN线同时具有上述所说的PE线的接地性质，也具有N线的带动负载的性质。不过PEN通常是为了节省材料以及在特殊地方应用的，按照电力线路部署的有关标准，应当最大可能的使用PE+N线系统，即部署完全独立的PE保护线，而不是PEN这种将N线和PE线捆绑于一起的。PEN系统一旦遇到接地问题，N线有时候由于负载不均衡，是会带电的，就很容易造成人身伤害了。所以切记，如果可能应当尽最大能力部署独立的PE保护线，即使不部署PE保护也最好不要使用PEN，除非特定领域需要，他甚至比不部署保护线还要危险。

N线是中性线。

工作接地（注释：我们常说的接地，多为工作接地）

接地网示意图地是为了使系统以及与之相连的仪表均能可靠运行并保证测量和控制精度而设的接地。它分为：

机器逻辑地（注释：电源GND，或板卡上的GND）
信号回路接地（注释：传感器，编码器，一般为其供电的GND，也就是逻辑地）
屏蔽接地（注释：接保护地，即：Earth Ground）
本安接地（在石化和其它防爆系统，疑问：作用方式？？）

避雷接地（英文：lightning protective ground ，注释：接Earth Ground）

避雷接地是避雷措施的一部分，作用是把雷电流引入大地。

本质上，接地，避雷是同一种实现安全防范的措施。只是防的对象不同，实现的方法是一样的。所以，一般的工程中都是把接地和避雷做在一起的，共用的。这样节省很多人力物力。

建筑物和电气设备的防雷主要是用避雷器(包括避雷针、避雷带、避雷网和消雷装置等)。

避雷器的一端与被保护设备相接，另一端连接地装置。当发生直击雷时，避雷器将雷电引向自身，雷电流经过其引下线和接地装置进入大地。

此外，由于雷电引起静电感应副效应，为了防止造成间接损害，如房屋起火或触电等，通常也要将建筑物内的金属设备、金属管道和钢筋结构等接地；雷电波会沿着低压架空线、电视天线侵入房屋，引起屋内电工设备的绝缘击穿，从而造成火灾或人身触电伤亡事故，所以还要将线路上和进屋前的绝缘瓷瓶铁脚接地。

屏蔽接地（注释：接Earth Ground）

是消除电磁场对人体危害的有效措施，也是防止电磁干扰的有效措施。高频技术在电热、医疗、无线电广播、通信、电视台和导航、雷达等方面得到了广泛应用。
人体在电磁场作用下，吸收的辐射能量将发生生物学作用，对人体造成伤害，如手指轻微颤抖、皮肤划痕、视力减退等。对产生磁场的设备外壳设屏蔽装置，并将屏蔽体接地，不仅可以降低屏蔽体以外的电磁场强度，达到减轻或消除电磁场对人体危害的目的，也可以保护屏蔽接地体内的设备免受外界电磁场的干扰影响。

防静电接地

为防止静电危害影响并将其泄放，是静电防护最重要的一环。

3.3 电气接地标识

电气设备接地，根据功能不同包括一般接地、保护接地、抗干扰接地、机壳地、等电位体等，标准制图符号请参见下图：
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接地字母和符号表示的意思：

PE、PGND、FG-保护地或机壳;
BGND或DC-RETURN-直流-48V（+24V）电源（电池）回流;
GND-工作地;
DGND-数字地;
AGND-模拟地;
LGND-防雷保护地。

三、地线的阻抗问题

为了让那些不受控制的电荷能快速流入大地，接地桩在土里要和土壤的接触良好，能非常好的把电荷散到土壤里去，接地桩本身是金属对电流的阻碍可不计，主要是接地桩周围土壤对电荷有阻碍作用，这种阻碍就是接地电阻。

我们知道，地线是电子元器件工作电流返回电源负极的通路，理论上地线电阻为零，不存在地线压降。但是，实际的地线是有阻抗的，特别是在高频情况下或者电线较长时，电流流过地线时，会产生电压，这属于噪声电压，对电子设备的工作造成干扰。噪声电压是影响系统稳定的干扰源之一，不许采取措施，予以抑制或消除。要降低地线噪声的前提就是降低地线的阻抗。

随着大规模集成电路和高频电路的广泛应用，低阻抗的地线设计在电路中显得尤为重要。具体方法主要包括