电路原理图中 VCC、VDD、VEE、VSS 的区别与接地设计

2017-08-18 79 0

一、电源与地符号的基本含义

DC power 一般是指带实际电压的源,其他的都是标号(在有些仿真软件中默认把标号与源相连)。

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);声控载波(Voice Controlled Carrier)。

VSS:地或电源负极。

VEE:负电压供电;场效应管的源极(S)。

VPP:编程/擦除电压。

就字面含义而言:VCC 中的 C 为 circuit,表示电路,即接入电路的电压;VDD 中的 D 为 device,表示器件,即器件内部的工作电压;VSS 中的 S 为 series,表示公共连接,通常指电路公共接地端电压。

二、命名来源与器件对应关系

VCC 和 VDD 是器件的电源端:VCC 是双极器件的正端,VDD 多半是单极器件的正端。下标可以理解为 NPN 晶体管的集电极 C 和 PMOS 或 NMOS 场效应管的漏极 D;同样可在电路图中看见 VEE 和 VSS,含义与之类似。由于主流芯片结构是硅 NPN,所以 VCC 通常为正;如果用 PNP 结构,VCC 就为负了,选用芯片时一定要看清电气参数。

VCC 来源于集电极电源电压(Collector Voltage),一般用于双极型晶体管:PNP 管时为负电源电压,有时也标成 -VCC;NPN 管时为正电压。

VDD 来源于漏极电源电压(Drain Voltage),用于 MOS 晶体管电路,一般指正电源;因为很少单独用 PMOS 晶体管,所以在 CMOS 电路中 VDD 经常接在 PMOS 管的源极上。

VSS 为源极电源电压,在 CMOS 电路中指负电源,在单电源时指零伏或接地。

VEE 为发射极电源电压(Emitter Voltage),一般用于 ECL 电路的负电源电压。

VBB 为基极电源电压,用于双极晶体管的共基电路。

三、实际使用中的说明

(1)一般来说,VCC 为模拟电源、VDD 为数字电源、VSS 为数字地、VEE 为负电源。

(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)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(通常 VCC>VDD),VSS 是接地点。

(4)在场效应管(或 CMOS 器件)中,VDD 为漏极、VSS 为源极,VDD 和 VSS 指的是元件引脚,而不表示供电电压。也就是说,在 CMOS 元件中 VDD 乃 CMOS 的漏极引脚、VSS 乃 CMOS 的源极引脚,这是元件引脚符号,它没有“VCC”的名称。

四、控制系统中的各类“地”

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。

以上这些地线的处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。

按“地”的用途还可作如下归纳:信号“地”又称参考“地”,即零电位的参考点,也是构成电路信号回路的公共端,图形符号为“⊥”——其中直流地为直流电路的零电位参考点;交流地为交流电的零线,应与地线区别开;功率地为大电流网络器件、功放器件的零电位参考点;模拟地为放大器、采样保持器、A/D 转换器和比较器的零电位参考点;数字地也叫逻辑地,是数字电路的零电位参考点;“热地”指开关电源无需使用变压器时,其开关电路的“地”和市电电网有关,即所谓“热地”,它是带电的;“冷地”指开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离,其反馈电路常用光电耦合,既能传送反馈信号又将双方的“地”隔离,所以输出端的地称为“冷地”,它不带电。保护“地”是为了保护人员安全而设置的一种接线方式,保护“地”线一端接用电器,另一端与大地作可靠连接。音响中的“地”包括两类:屏蔽线接地,即音响系统为防止干扰,其金属机壳用导线与信号“地”相接;音频专用“地”,即专业音响为防止干扰,除屏蔽“地”之外还需与音频专用“地”相连,此接地装置应专门埋设,并且应与隔离变压器、屏蔽式稳压电源的相应接地端相连后作为音控室中的专用音频接地点。

五、接地处理的方法

(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 的电压,对低电平信号电路来说这是非常重要的干扰,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。另一种方法是将机壳接地、其余部分浮空,抗干扰能力强、安全可靠,但实现起来比较复杂。

(4)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,为了减少信号中的电容耦合噪声、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;如果电缆的屏蔽层接地点有一个以上,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。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。

(6)数字地和模拟地应分开。在高要求电路中,数字地与模拟地必须分开;即使对于 A/D、D/A 转换器同一芯片上的两种“地”,最好也要分开,仅在系统一点上把两种“地”连接起来。

(7)系统浮地(与外壳接地配合)。系统浮地是将系统电路各部分的地线浮置起来、不与大地相连,这种接法有一定抗干扰能力,但系统与地的绝缘电阻不能小于 50MΩ,一旦绝缘性能下降就会带来干扰;通常采用系统浮地、机壳接地,可使抗干扰能力增强且安全可靠。

(8)一点接地与多点接地的选择。在低频电路中布线和元件之间不会产生太大影响,通常频率小于 1MHz 的电路采用一点接地;在高频电路中寄生电容和电感的影响较大,通常频率大于 10MHz 的电路采用多点接地。

六、为什么模拟地与数字地要分开

有人会问:模拟地跟数字地最终都要接到一块的,那为什么还要分模拟地和数字地呢?这是因为虽然两者相通,但距离长了就不一样了:同一条导线,不同点的电压可能是不一样的,特别是电流较大时——导线存在着电阻,电流流过时就会产生压降;另外,导线还有分布电感,在交流信号下分布电感的影响就会表现出来。所以要分成数字地和模拟地,因为数字信号的高频噪声很大,如果模拟地和数字地混合,就会把噪声传到模拟部分造成干扰;如果分开接地,高频噪声可以在电源处通过滤波来隔离掉,而如果两个地混合,就不好滤波了。

七、0Ω 电阻的作用

在电路中经常见到 0Ω 的电阻,新手往往会很迷惑:既然是 0Ω 的电阻,那就是导线,为何要装上它呢?市场上还有这样的电阻卖吗?其实 0Ω 电阻还是有用的,大概有以下几个功能:

① 作为跳线使用,这样既美观、安装也方便。

② 在数字和模拟等混合电路中,往往要求两个地分开,并且单点连接;可以用一个 0Ω 电阻来连接这两个地,而不是直接连在一起。这样做的好处是地线被分成了两个网络,在大面积铺铜等处理时会方便得多。附带提示:这样的场合有时也会用电感或者磁珠等来连接。

③ 作保险丝用。由于 PCB 上走线的熔断电流较大,如果发生短路过流等故障时很难熔断,可能带来更大的事故;由于 0Ω 电阻的电流承受能力比较弱(其实 0Ω 电阻也是有一定的电阻的,只是很小而已),过流时就会先将 0Ω 电阻熔断,从而将电路断开,防止更大事故的发生。有时也会用一些阻值为零点几欧或几欧的小电阻来作保险丝,不过不太推荐这样用,但有些厂商为了节约成本会以此将就。

④ 为调试预留位置。可以根据需要决定是否安装,或者改用其它的阻值;有时也会用“*”来标注,表示由调试时决定。

⑤ 作为配置电路使用。该作用跟跳线或者拨码开关类似,但是通过焊接固定上去的,这样就避免了普通用户随意修改配置;通过安装不同位置的电阻,就可以更改电路的功能或者设置地址。0Ω 电阻不但有卖,而且还有不同的规格,一般是按功率来分,如 1/8W、1/4W 等;具体如何选择需要看产品的数据手册,它同时给出电阻值和功率值。

相关文章

压敏电阻的参数、特性与应用
基于 STC12C 与 SIM300 的智能家电防盗系统电路设计
基于 nRF24L01 与 DHT11 的无线温湿度测试系统电路设计
电冰箱电子温控器的原理与半自动除霜电路
基于 586-Engine 的无人机飞行控制器电路设计
三极管开关电路的改进接法:加速电容、图腾柱与驱动电路

发布评论