电路设计中各种GND的设计.docx

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电路设计中各种GND的设计

各位大虾请问电源地，信号地，还有大地，这三种地有什么区别？

电源地主要是针对电源回路电流所走的路径而言的，一般来说电源地流过的电流较大，

而信号地主要是针对两块芯片或者模块之间的通信信号的回流所流过的路径，一般来说信号地流过的电流很小，

其实两者都是GND，之所以分开来说，是想让大家明白在布PCB板时要清楚地了解电源及信号回流各自所流过的路径，然后在布板时考虑如何避免电源及信号共用回流路径，如果共用的话，有可能会导致电源地上大的电流会在信号地上产生一个电压差（可以解释为：

导线是有阻抗的，只是很小的阻值，但如果所流过的电流较大时，也会在此导线上产生电位差，这也叫共阻抗干扰），使信号地的真实电位高于0V，如果信号地的电位较大时，有可能会使信号本来是高电平的，但却误判为低电平。

当然电源地本来就很不干净，这样做也避免由于干扰使信号误判。

所以将两者地在布线时稍微注意一下，就可以。

一般来说即使在一起也不会产生大的问题，因为数字电路的门限较高。

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关于接地：

数字地、模拟地、信号地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地

2009-01-1423:

47

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。

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。

Q1：

为什么要接地?

Answer：

接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护

建筑物的作用。

同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险

电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。

随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足

要求了。

比如在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地。

而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因

此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。

最近，高速信号的信号回流技术

中也引入了“地”的概念。

Q2：

接地的定义

Answer:

在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是‘线路电压的参考点’；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；对电气工程师来说，它是绿色

安全地线或接到大地的意思。

一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。

注意要求是”低阻抗”和“通路”。

Q3：

常见的接地符号

Answer:

PE,PGND,FG－保护地或机壳；BGND或DC-RETURN－直流－48V（+24V）电源（电池）回流；GND－工作地；DGND－数字地；

AGND－模拟地；LGND－防雷保护地

GND在电路里常被定为电压参考基点。

从电气意义上说，GND分为电源地和信号地。

PG是PowerGround（电源地）的缩写。

另一个是SignalGround（信号地）。

实际上它们可能是连在一起的（不一定是混在一起哦！

）。

两个名称，主要是便于对电路进行分析。

进一步说，还有因电路形式不同而必须区分的两种“地”：

数字地，模拟地。

数字地和模拟地都有信号地、电源地两种情况。

数字地和模拟地之间，某些电路可以直接连接，有些电路要用电抗器连接，有些电路不可连接。

Q4：

合适的接地方式

Answer:

接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。

而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。

一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块

之间接地区分，以及低频（f<1MHz）电子线路。

当设计高频（f>10MHz）电路时就要采用多点接地了或者多层板（完整的地平面层）。

Q5：

信号回流和跨分割的介绍

Answer：

对于一个电子信号来说，它需要寻找一条最低阻抗的电流回流到地的途径，所以如何处理这个信号回流就变得非常的关键。

第一，根据公式可以知道，辐射强度是和回路面积成正比的，就是说回流需要走的路径越长，形成的环越大，它对外辐射的干扰也越大，所以，PCB布板的时候要

尽可能减小电源回路和信号回路面积。

第二，对于一个高速信号来说，提供有好的信号回流可以保证它的信号质量，这是因为PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层（或电源层）为参考来计算的，如果

高速线附近有连续的地平面，这样这条线的阻抗就能保持连续，如果有段线附近没有了地参考，这样阻抗就会发生变化，不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。

所以，布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层，或者高速线旁边并行走一两条地线，起到屏蔽和就近提供回流的功能。

第三，为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割，这也是因为信号跨越了不同电源层后，它的回流途径就会很长了，容易受到干扰。

当然，不是严格要求不能跨越电

源分割，对于低速的信号是可以的，因为产生的干扰相比信号可以不予关心。

对于高速信号就要认真检查，尽量不要跨越，可以通过调整电源部分的走线。

（这是针

对多层板多个电源供应情况说的）

Q6：

为什么要将模拟地和数字地分开，如何分开?

Answer：

模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。

如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。

一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，或者单点接在一起。

总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。

当然这也不是非常严

格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。

Q7：

单板上的信号如何接地?

Answer：

对于一般器件来说，就近接地是最好的，采用了拥有完整地平面的多层板设计后，对于一般信号的接地就非常容易了，基本原则是保证走线的连续

性，减少过孔数量；靠近地平面或者电源平面，等等。

Q8：

单板的接口器件如何接地?

Answer：

有些单板会有对外的输入输出接口，比如串口连接器，网口RJ45连接器等等，如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常工作，例如网口互连

有误码，丢包等，并且会成为对外的电磁干扰源，把板内的噪声向外发送。

一般来说会单独分割出一块独立的接口地，与信号地的连接采用细的走线连接，可以串上

0欧姆或者小阻值的电阻。

细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。

同样的，对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。

Q9：

带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地?

Answer：

屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是信号地上，这是因为信号地上有各种的噪声，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压会驱动共模电

流沿屏蔽层向外干扰，所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。

当然前提是接口地也要非常的干净

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混合电路里面做标示用的,VCC表示模拟信号电源,GND表示模拟信号地,VDD表示数字信号电源,VSS表示数字电源地。

VCC主要表示Bipolar电路的电源，C表示Collector集电极,电源一般接在NPN的集电极（或PNP的发射极），集成电路刚出现时只有NPN管，后来才有集成进去的PNP管。

VDD/VSS一般表示MOS电路的电源和“地”，D/S分别表示MOS管的Drain（漏）/Source（源）。

一、解释VCC：

C=circuit表示电路的意思,即接入电路的电压；

VDD：

D=device表示器件的意思,即器件内部的工作电压；

VSS：

S=series表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压。

二、说明

1、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。

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、在场效应管（或COMS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。

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（VoiceControlledCarrier）

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。

详解：

在电子电路中，VCC是电路的供电电压,VDD是芯片的工作电压：

VCC：

C=circuit表示电路的意思,即接入电路的电压，D=device表示器件的意思,即器件内部的工作电压，在普通的电子电路中，一般Vcc>Vdd!

VSS：

S=series表示公共连接的意思，也就是负极。

有些IC同时有VCC和VDD，这种器件带有电压转换功能。

在“场效应”即COMS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，你的问题包含3个符号，VCC/VDD/VSS，这显然是电路符号

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几种接地符号

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第1个我用做电源正或数字电路VCC,不用作地.

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第2个我用作数字地或数字模拟公共地.

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第3个用作模拟地.

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第4个当然是机箱外壳或外壳接大地了.

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电子电路中的接地与抗干扰电路技术

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地技术在现代电子领域方面得到了广泛而深入的应用。

电子设备的“地”通常有两种含义：

一种是“大地”（安全地），另一种是“系统基准地”（信号地）。

接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。

“接大地”是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连。

由于大地的电容非常大，一般认为大地的电势为零。

开始的时候，接地技术主要应用在电力系统中，后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。

在弱电系统中的接地一般不是指真实意义上与地球相连的接地。

对于电力电子设备将接地线直接连在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当有电流通过该参考电位时，接地点是电路中的共用参考点，这一点的电压为０Ｖ，电路中其他各点的电压高低都是以这一参考点为基准的，一般在电路图中所标出的各点电压数据都是相对接地端的大小，这样可以大大方便修理中的电压测量。

相同接地点之间的连线称为地线。

把接地平面与大地连接，往往是出于以下考虑：

提高设备电路系统工作的稳定性，静电泄放，为工作人员提供安全保障。

接地的目的：

安全考虑，即保护接地。

为信号电压提供一个稳定的零电位参考点（信号地或系统地）屏蔽保护作用。

一、接地的类型和作用不同的电路有不相同的接地方式，电子电力设备中常见的接地方式有以下几种：

1、安全接地

安全接地即将高压设备的外壳与大地连接。

一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全，例如电脑机箱的接地，油罐车那根拖在地上的尾巴，都是为了使积聚在一起的电荷释放，防止出现事故；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全，例如电冰箱、电饭煲的外壳。

三是可以屏蔽设备巨大的电场，起到保护作用，例如民用变压器的防护栏。

2、防雷接地

当电力电子设备遇雷击时，不论是直接雷击还是感应雷击，如果缺乏相应的保护，电力电子设备都将受到很大损害甚至报废。

为防止雷击，我们一般在高处（例如屋顶、烟囱顶部）设置避雷针与大地相连，以防雷击时危及设备和人员安全。

安全接地与防雷接地都是为了给电子电力设备或者人员提供安全的防护措施，用来保护设备及人员的安全。

3、工作接地

工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。

这个基准电位一般设定为零。

该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。

当该基准电位不与大地连接时，视为相对的零电位。

但这种相对的零电位是不稳定的，它会随着外界电磁场的变化而变化，使系统的参数发生变化，从而导致电路系统工作不稳定。

当该基准电位与大地连接时，基准电位视为大地的零电位，而不会随着外界电磁场的变化而变化。

但是不合理的工作接地反而会增加电路的干扰。

比如接地点不正确引起的干扰，电子设备的共同端没有正确连接而产生的干扰。

为了有效控制电路在工作中产生各种干扰，使之能符合电磁兼容原则。

我们在设计电路时，根据电路的性质，可以将工作接地分以下为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。

不同的接地应当分别设置。

不要在一个电路里面将它们混合设在一起，例如数字地和模拟地就不能共一根地线，否则两种电路将产生非常强大的干扰，使电路陷入瘫痪！

4、信号

信号地是各种物理量信号源零电位的公共基准地线。

由于信号一般都较弱，易受干扰，不合理得接地会使电路产生干扰，因此对信号地的要求较高。

5、模拟地

模拟地是模拟电路零电位的公共基准地线。

模拟电路中有小信号放大电路，多级放大，整流电路，稳压电路等等，不适当的接地会引起干扰，影响电路的正常工作。

模拟电路中的接地对整个电路来说有很大的意义，它是整电路正常工作的基础之一。

所以模拟电路中合理的接地对整个电路的作用不可忽视。

6、数字地

数字地是数字电路零电位的公共基准地线。

由于数字电路工作在脉冲状态，特别是脉冲的前后沿较陡或频率较高时，会产生大量的电磁波干扰电路。

如果接地不合理，会使干扰加剧，所以对数字地的接地点选择和接地线的敷设也要充分考虑。

7、电源地

电源地是电源零电位的公共基准地线。

由于电源往往同时供电给系统中的各个单元，而各个单元要求的供电性质和参数可能有很大差别，因此既要保证电源稳定可靠的工作，又要保证其它单元稳定可靠的工作。

电源地一般是电源的负极。

8、功率地功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。

由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，如果接地的地线电阻较大，会产生显着的电压降而产生较大的干扰，所以功率地线上的干扰较大。

因此功率地必须与其它弱电地分别设置，以保证整个系统稳定可靠的工作。

屏蔽与接地应当配合使用，才能起到良好的屏蔽效果。

主要是为了考虑电磁兼容，典型的两种屏蔽是静电屏蔽与交变电场屏蔽，下面分别介绍：

静电屏蔽：

当用完整的金属屏蔽体将带电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量异种的电荷，外侧出现与带电导体等量的同种电荷，因此外侧仍有电场存在。

如果将金属屏蔽体接地，外侧的电荷将流入大地，金属壳外侧将不会存在电场，相当于壳内带电体的电场被屏蔽起来了。

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电子电气设备的接地

陕西银河电力自动化股份有限公司黄耀峰（西安710075）

1概述

接地是提高电子电气设备电磁兼容性有效的重要手段之一。

正确的接地既能抑制外部电磁干扰的影响，又能防止电子电气设备向外部发射电磁波；而错误的接地常常会引入非常严重的干扰，甚至会使电子电气设备无法正常工作。

尤其是成套控制设备和自动化控制系统，因为有多种控制装置分散布置在许多地方，所以它们各自的接地往往会形成十分复杂的接地网络，不仅需要在系统设计时周密考虑，而且在安装调试时也要仔细检查和做适当的调整。

“地线”是对接地的实施，即按一定的要求，用必要的金属导体或导线把电路中的某些“地”电位点连接起来，或是将电子电气设备的某一部位（如：

外壳）和大地连接起来。

狭义上讲，“接地”——即与地球保持“同电位”；广义上讲，“接地”——是电路系统中的“等电位点或等电位面”，它是电路系统的基准电位，但不一定为大地电位。

2电气设备接地的作用及分类

21电子电气设备接地的作用

电子电气设备接地的目的有二，一是处于安全的考虑，二是为了抑制外部的干扰。

（1）安全的考虑

以确保人员和设备的安全为目的的接地称为“保护接地”，它们必须可靠地接在大地电位上。

一般地说，电子电气设备的金属外壳、底盘、机座都要可靠接地。

（2）抑制外部干扰的考虑

电子电气设备的某些部位与大地相连可以起到抑制外部干扰的作用，例如静电屏蔽层接地可以抑制变化的电场的干扰，电磁屏蔽用的导线原则上可以不接地，但不接地的屏蔽导线时常会带来静电耦合而产生所谓的“静电屏蔽”效应，所以仍需要接地为宜。

22电子电气设备接地的分类

一般地说，电子电气设备有许多需要接地的部位，由于电路的性质和接地的目的不同，必须加以严格区分，需要分成若干独立的子系统，然后连接在一起进行总接地。

从接地的性质看，把接地分为三大类：

（1）保护接地

电子电气设备的金属外壳、底盘、机座用良好的导体与大地连接成等电位，称为保护接地，它对电子电气设备的安全运行和维护人员的生命安全起到十分重要的作用。

（2）屏蔽接地

为了抑制变化的电磁场的干扰而采用的多种屏蔽层、屏蔽体，都必须良好地接地，才能起到良好的屏蔽作用。

（3）系统接地

图1单相三线制接线图

图2三相四线制接线图

要使电子电气设备能正常地运行和稳定可靠地工作，也必须处理好等电位点的接地问题，这类接地称之为系统接地。

对于系统接地来说，由于其工作性质和用途的不同，又可分为：

信号地、模拟地、数字地、电源地、计算机地、负荷地、外设地等。

3接地的方式

地线设计是一项重要的设计，也是难度较大的一项设计。

在EMC设计的初期就进行地线设计是解决EMC问题的最有效、最廉价的方法。

下面对三大类接地方式分别进行详尽讨论。

31保护接地

接地作为一种措施，起源于强电技术，由于强电电压高、容量大，容易危及人身和设备的安全。

因此，从安全的角度考虑，电气设备的金属外壳、底盘、机座都应与大地良好地连接成等电位，从而在故障状态下保证人身和设备的安全。

电气设备的保护接地有两种方式：

（1）保护接零

三相四线制供电系统中的中性线即为保护接零线，它是电路环路的重要组成部分。

（2）保护接地

除零线以外，另外配备一根保护接地线，它与电子电气设备的金属外壳、底盘、机座等金属部件相连，一般情况下，保护接地线是没有电流流动的，即使有有电流流动也是非常小量的漏电流，所以说，在一般情况下，保护接地线上是没有电压降的，与之相连的电子电气设备的金属外壳都呈现地电位，保证了人身和设备的安全。

出于上述目的，各国都对保护接地作了必要的规定。

例如美国国家电气委员会在电气法中规定了交流电源的输配电标准，该标准规定了室内115V交流配线为三线制，如图1所示。

火线上串有熔丝，负载电流经火线至负载，再由中线返回。

另备有一根保护接地线，该线与设备的金属外壳、底盘等金属部件相连，当发生故障时，例如负载的绝缘被击穿损坏，保护接地线上瞬间将有大电流流过，电路中的熔丝或断路器由于大电流流过将很快把电路切断，从而保证了人身和设备的安全。

我国的三相四线制配电系统与美国的类似，如图2所示，只是电压不同而已。

32系统接地

除了上面介绍的从安全角度出发而考虑的保护接地外，为了保证电子电气设备正常、稳定和可靠的运行，还必须处理好设备内部系统中各个电路工作的参考电位，这类基准参考电位的连接线称为“系统接地”。

在电子电气设备控制系统中遇到的大量和经常需要解决的主要接地问题是系统接地。

系统接地线既是各电路中的静态动态电流通道，又是各级电路通过共同的接地阻抗而相互耦合的途径，从而形成电路间相互干扰的薄弱环节。

可以肯定地讲，电子电气设备中的一切抗干扰措施，几乎都无一例外的与接地有关。

因此，正确的接地是抑制噪声和防止干扰的主要途径，它不仅能保证电子电气设备正常、稳定和可靠地工作，而且能提高电路的工作精度。

反之，不正确的接地，会降低电路的工作精度，严重时还会导致电子电路无法正常工作，陷入系统瘫痪的境地。

电子电气设备中的系统接地是否要接大地和如何接大地，与系统的工作稳定性有着极其密切的关系，这是电子电气设备接地系统技术中的重要议题。

电子电气设备的系统接地方式有三种：

（1）浮空地

“浮空”就是不接大地，任其悬浮的一种方式，它的实质是使电路的某一部分与“大地线”完全隔离，从而抑制来自接地线的干扰。

由于没有电气上的联系，因而也就不可能形成地环路电流而产生地阻抗的耦合干扰。

图3及图4是两种浮空地。

浮空地方式具有这一主要优点，但也有其不足之处：

图3设备悬浮地

图4单元悬浮地

图5浮地电位波动产生干扰

研究成果表明，一个较大的电子电气控制设备，由于存在较大的对地分布电容，它的基准电位将会受电磁场的干扰（通过分布电容），使得电路产生位移电流，而难以正常工作。

在电子电气控制设备的工作速度提高、感应增大、输入输出增多或加长的情况下，其对地分布电容就会增大，继而加大位移干扰电流。

另外，由于分布电容的存在，容易产生静电积累和静电放电，在雷电情况下，还会在机箱和单元之间产生飞弧，甚至使操作人员遭到电击