硬件工程师教你如何理解地的概念

作为一名硬件工程师，理解地的概念是至关重要的，这会影响到我们系统的稳定性、测试的精确性，本节从信号源、示波器、生理信号采集等角度解读地的概念，加深对地的理解。

信号源和示波器是我们常用的设备，一个最简单的操作是用信号源产生一个信号，用示波器来采集这个信号，这个简单的过程就可以帮助我们理解地的概念。下图是信号源、示波器与地的连接示意图，信号源和示波器的探头有两根线，一根是信号线、另一跟是地线，构成了单端信号的传输方式，信号源与示波器的电源插头都是3引脚的220V插头，有地线、零线和火线3个引脚，当他们插在3头插座时，3头插座有一个地线，将信号源的地、示波器的地与大地连接在了一起，此时信号源与示波器探头上的地线即使不连接，示波器也能够采集到信号源的信号。

在第二行的图中，使用了两引脚的插座，插座上虽然用3引脚的孔，但是地孔上并没有导线连接，因此即使信号源和示波器插到这种2孔插排上，他们的地也没有做的共地。这种情况下为了做到共地，就需要把信号源探头地线和示波器探头地线连接到一起，共地后才能正常采集信号。

接下来介绍人体生理电信号采集过程中涉及到的地概念，人体除了携带我们想要采集的生理信号外，人体也携带了我们不想要的共模信号，下图 左边的图示意了这个流程，人体和采集系统的地之间存着着电位差，这个电位差Vcm沿着导联（信号采集电缆）传输到采集系统构成共模干扰。系统的共模抑制比是有限的，影响系统采集的信噪比。

下面例子是用采集卡采集功放的电流，电路连接错误导致电路烧毁。图(a)是采集卡测电流的示意图，大功率的功放驱动负载，用采集卡测量串联电阻的电压，进而测量功放的输出电流，采集卡是单端采集模式，有两个通道，当按照(a)连接电路后，图中的红色导线发热严重最终烧毁。这是因为采集卡和功放都是3头的插头，连接了接地插排，二者的地在插座处形成了共地，(a)中Ch1有信号线和地线，当地线连接到电阻一边时，是相当于把电阻的这一边接地了，把功放短路，短路电流路径见(a)中的虚线箭头。想要正确测量功放输出电流波形有多种方法。

(b)中是用两个通道，按照单端采集方式分别采集电阻两端的电压，然后用Ch1的电压减Ch2的电压就是电阻两端的电压。(c)是把电阻放在低边，电阻和负载是串联关系，用采集卡的一个通道测量经过电阻的电压就可以了。(d)是使用差分采集方式，这种方式的采集精度更高，如果把电阻放在靠近地的低边检测，实现起来更容易，手机电池电量计很多就是放在低边检测电流。

审核编辑：刘清