少年仔,「單點接地」是啥你甘知?

作者 : Roy McCammon,3M定位與追蹤部門資深技術工程師

當我在這位年輕同事所謂的單點類比接地發現兩個相差30μV的點時,之前忍耐他對我的所有白眼算是都值得了。等到我斷開電池代用器後,這種情況也立馬消失了...

我曾經被公司指派去協助一位年輕的同事,他開發的一款產品即將完成並準備投產。這款產品的電路中有一個檢測器連接到運算放大器(op-amp)的虛擬接地設置,以便將電流轉換為電壓。該檢測器的阻抗僅約1kΩ;反饋電阻值為100MΩ。因此,雖然運算放大器電路作為跨阻放大器使用,實際上卻也是一個增益為100,000的電壓放大器。這款產品應該採用電池或電池代用器(battery eliminator)供電。

我們最後對這款產品進行了完整範圍的輸入電壓測試,從幾乎快沒電的電池電壓,到盡可能最高的代用器電壓範圍,但是,一直到這項專案的後期我們才有機會以電源代用器進行測試。然而,等到我們接上電池代用器後,看到它出現了大約100mV的電壓偏移。

關於產生電壓偏移的原因,大家都有不同的看法。一位工程師將其歸咎於外殼內部導電塗層的擊穿現象;有人認為是在此導電塗層上出現了奇怪的漏電路徑。還有人說是RF整流所致,很確定地說只要使用一些鐵氧體磁珠和「好」的電容就可以解決這個問題。

我則是從誤差所在開始追根溯源,計算出在運算放大器和檢測器之間的接地電壓只需要1μV的差值。於是我問這位年輕同事,在設計中是否使用了真正的單點接地,他信誓旦旦地說確實這麼做了,並提供了一份設計圖作佐證。我拿著這份草圖問他ADC、檢測器以及運算放大器的正相輸入連接到地的位置;他卻回答說這幾個元件各自連接至不同的地方。

於是我告訴他,「那就不算是真正的單點接地。」

這個年輕人翻了個白眼,說自己做的方式比單點接地更好:他在類比部份採用了實心銅接地層,數位部份則採用了另一個接地層。公共點在ADC。整個類比接地層僅流過100μA電流,不可能產生1μV電壓。類比接地層實際上相當於單點接地。

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