当GND不是GND时,单端电路会变成什么呢?

在绘制原理图时,人们对系统接地回路(或 GND)符号总是有些想当然。GND 符号遍及原理图的各个角落,而且原理图假定不同的 GND 在印刷电路板 (PCB) 上都将处在相同的电势下。事实上,经过 GND 阻抗的电流会在 PCB 上的 GND 连接之间创建电压差。单端 dc 电路对这些 GND 压差尤其敏感,因为预期的单端电路可转变为差分电路,导致输出误差。

我们以以下所示标准非反相放大器电路为例加以说明。在输入电源 VIN 和输入电阻器 RI 的 GND 电势相等时,适用于我们熟悉的电路增益 1+RF/RI。因此,100mV 输入信号乘以 10V/V 增益,就等于 1V 的输出。

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在下图所示电路中,输入电源 GND 与 RI GND 连接之间已插入一个电压源 VGND2。结果 = 修改的传输函数 + VGND2 电压 × - RF/RI 反相电路增益。10mV 的 GND 电势差可将所需 1V 输出降低 90mV,降至 0.91V。与所需的 1V 输出相比,这相当于 9% 的相对误差。

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在以下所示电路中,当输出电压参考第三个 GND 电势 VGND3 时,传输函数会进一步受到影响。VGND3 电压将直接从前一个输出传输函数中减去。所以与所需的 1V 输出相比,20mV VGND3 电压可将输出电压降至 890mV,相当于 11% 的误差。

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使用适当的 PCB 布局技术使电路输入电源、输入电阻器以及输出电压的 GND 处于相同的电势下,这样可减少以上两个实例中出现的问题。最佳解决方案是使用常见的“星形”GND 方法使重要的 GND 连接在物理上相互靠近。这将降低在 GND 连接之间产生的 PCB 阻抗,进而可减少它们之间的任何电压电势差异。在以下所示示例电路原理图与布局中,输入电源、输出电压与输入电阻器的 GND 连接都在 PCB 的顶层挨着。这可防止单端电路变成差分电路!

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总之,下次您有任何 dc 电路性能问题时,请检查所有重要 GND 连接的电压电势是否都相等。

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