2010年4月18日 星期日

釐清‘公共基準點’和‘接地’的設計概念

我們經常使用‘地’(ground)這個字來作為名詞、動詞或概念,甚至用於許多設計問題的解答。但事實的確如此,因為‘地’和‘接地’幾乎可說是每項設計的重要因素。

不過,在不適合使用這個字的地方,我近來也已經不再使用了。你可能會打趣地說我已經變成‘不接地’(ungrounded)了。對於以電池供電的設備、汽車系統和航太系統來說,只有一種‘公共基準點’(common),而沒有‘地’,除非我們使用‘地’這個字作為公共基準點的另一個代名詞。

但我們不應該這麼做。真正的‘接地’指的是與大地連接的一個電路節點,因而能夠充分利用或需要地球這個巨大的電子儲備庫。這個接地不僅作為一個訊號公共基準點,而且也能夠提供ESD、過電壓和系統故障的釋放路徑。舉例來說,如果未接地設備的金屬外殼偶然地連接到交流纜線上,可能會導致造設備出現致命的故障問題,而良好接地的設備則能夠觸發本地電路斷路器。

以電池供電的設備原本是不接地的。有時這算是一項優點,例如你需要為串聯電池組中的單一電池進行懸浮測量時,最上面的電池可能具有高出大地數百伏特的電壓。

有趣的是,有時候你想要系統接地,有時候卻又必須刻意避免系統接地。在使用串聯電池的情況下,你想要確定儀器並沒有接地(懸浮),以便能夠有效預防高電壓的危害,也能為特定的電池進行壓差測量。但在情況相反的時候,許多以交流電供電的醫療儀器就必須小心地隔離病人I/O埠,以避免儀器本身產生的任何故障波及病人。

因此,你用你的‘地’,我用我的‘地’,但更重要的是,在實際上採用‘公共基準點’的情況下,請不要再說‘接地’了。這不僅是因為許多設計實際上是不接地的,同時,使用了‘接地’這個詞會使你無意中認為確實已經連接到了大地,而這樣的結果可能更好,也可能更糟。