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电源与接地符号的含义

作者：Ryan   时间：2012年6月5日

一、常见情况下，电源与接地符号的意义

   1. 电路图上和电路板上的GND(Ground)代表地线或0线。GND就是公共端的意思，也可以说是地（参考地）。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，对于电源来说，它就是一个电源的负极。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。

   2. USB上的：VCC是电源接入；GND为接地；DP、DM是差分信号；PORT-、PORT+是数据负、正信号。

二、电源（VDD、VCC、VSS、VEE、VPP）

   VDD：电源电压(单极器件);电源电压(4000系列数字电路);漏极电压(场效应管)。

　　VCC：电源电压(双极器件);电源电压(74系列数字电路);集电极电压(双极型管)。

　　VSS：地或电源负极;源极电压(场效应管)。

　　VEE：负电压供电;发射极电压(双极型管)。

   VPP：编程/擦除电压。

图1 74HC165引脚图                             图2 4013引脚图          

   VCC和VDD是器件的电源端。VCC是双极器件的正，VDD多半是单级器件的正。下标可以理解为NPN晶体管的集电极C，和PMOS or NMOS场效应管的漏极D。同样你可在电路图中看见VEE和VSS，含义一样。因为主流芯片结构是硅NPN所以VCC通常是正。如果用PNP结构VCC就为负了。建议选用芯片时一定要看清电气参数。

   单片机中VPP多数定义为编程电压，有的资料上把VDDF为Flash供电的外部电压。

三、接地（GND）

1. “地”与“接地”的概念

   要理解“接地”的概念，首先应明确什么是“地”。通常将“地”的概念分三个层次进行区分，分别是：

   (1)电气地　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，因此适合作为电气系统中的参考电位体。这种“地”是“电气地”，并不等干“地理地”，但却包含在“地理地”之中。“电气地”的范围随着大地结构的组成和大地与带电体接触的情况而定。

   (2)地电位　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极，通常采用圆钢或角钢，也可采用铜棒或铜板。图3示出圆钢接地极。当流入地中的电流I通过接地极向大地作半球形散开时，由于这半球形的球面，在距接地极越近的地方越小，越远的地方越大，所以在距接地极越近的地方电阻越大，而在距接地极越远的地方电阻越小。试验证明：在距单根接地极或碰地处 20m 以外的地方，呈半球形的球面已经很大，实际已没有什么电阻存在，不再有什么电压降。换句话说，该处的电位已近于零。这电位等于零的“电气地”称为”地电位”。若接地极不是单根而为多根组成时，屏蔽系数增大，上述 20m 的距离可能会增大。图3中的流散区是指电流通过接地极向大地流散时产生明显电位梯度的土壤范围。地电位是指流散区以外的土壤区域。在接地极分布很密的地方，很难存在电位等于零的电气地。

图3 “地”的示意图

   (3)逻辑地　电子设备中各级电路电流的传输、信息转换要求有一个参考的电位，这个电位还可防止外界电磁场信号的侵入，常称这个电位为“逻辑地”。这个“地”不一定是“地理地”，可能是电子设备的金属机壳、底座、印刷电路板上的地线或建筑物内的总接地端子、接地干线等；逻辑地可与大地接触，也可不接触，而“电气地”必须与大地接触。

   “接地”的概念是指：

   将电力系统或电气装置的某一部分经接地线连接到接地极称为“接地”。“电气装置”是一定空间中若干相互连接的电气设备的组合。“电气设备”是发电、变电、输电、配电或用电的任何设备，例如电机、变压器、电器、测量仪表、保护装置、布线材料等。电力系统中接地的一点一般是中性点，也可能是相线上某一点。电气装置的接地部分则为外露导电部分。“外露导电部分”为电气装置中能被触及的导电部分，它在正常时不带电，但在故障情况下可能带电，一般指金属外壳。有时为了安全保护的需要，将装置外导电部分与接地线相连进行接地。“装置外导电部分”也可称为外部导电部分，不属于电气装置，一般是水、暖、煤气、空调的金属管道以及建筑物的金属结构。外部导电部分可能引入电位，一般是地电位。接地线是连接到接地极的导线。接地装置是接地极与接地线的总称。

2. 不同信号的接地处理

   除了正确进行接地设计、安装，还要正确进行各种不同信号的接地处理。控制系统中，大致有以下几种地线：

   (1)数字地：也叫逻辑地，是各种开关量(数字量)信号的零电位。

　　(2)模拟地：是各种模拟量信号的零电位。

　　(3)信号地：通常为传感器的地。

　　(4)交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。

　　(5)直流地：直流供电电源的地。

   (6)屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。

3. 接地处理的注意要点

   以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。下面就接地问题提出一些看法：

   (1)控制系统宜采用一点接地。一般情况下，高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路的干扰影响很大，因此，常以一点作为接地点；但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下，可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1～10MHz之间可用一点接地，也可用多点接地。

   (2)交流地与信号地不能共用。由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常重要的干扰，因此必须加以隔离和防止。

   (3)浮地与接地的比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。

   (4)模拟地。模拟地的接法十分重要。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。

   (5)屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地;电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。利用低阻金属材料高导流而制成，可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应，其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的公共端;相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入端也应接到信号源的公共端。

   (6)对于电气系统的接地，要按接地的要求和目的分类，不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起，而是要分成若干独立的接地子系统，每个子系统都有其共同的接地点或接地干线，最后才连接在一起，实行总接地。