大多数情况下，接地确实可以提高电路性能，但规则之外总有例外，而“接地”就是其中之一。你是否也曾因缺乏接地设计，或者有接地，也遇到安全或性能问题呢？是否增加接地或去掉接地就解决了问题呢？
大多数电气工程师很早就了解了电路接地的重要性。在多数情况下，无论遇到什么问题，增加接地或改善接地（即降低阻抗）都是一件好事，不会产生什么伤害。这是电气和电子工程师在工作和调试电路原型的过程中被反复灌输的方法；而且他们还学会了，在某一点将模拟地连接到数字地，可以最大程度地减少不必要的接地电流和相关噪声。
大多数情况下，接地确实可以提高电路性能，但是正如每位有经验的工程师所知道的，规则之外总有例外，而“接地”就是其中之一。它最大的问题在于概念模糊不清，而这一术语与看似无关的“Voltage”有关。
为什么这么说？因为“接地”这个词可能意味着三种接地连接中的任何一种：
大地（Earth）：电路真正连接到大地，这是产生和吸收电子的终极地；
公共地（Common，也称为信号地）：它在电路中建立一个零伏电位点，而且通常电路中会有多个零伏电位点。此时用“ground”一词通常会造成很多误导。
机壳地（Chassis ground）：它连接电路中所有标称的零伏电位点；可以接至大地，但通常无法实现，例如便携式电池供电设备等都无法接至大地。因此，如果并未连接到真正的大地而用“ground”一词，则可能会产生误导。
每种接地都有不同的符号，但在我见过的大多数原理图中，都不会区分它们，而是统一用三角形的接地符号，除非原理图的绘制者是一个非常细心的人（如图1）。
图1：不同的接地方式有不同的符号，但它们经常被滥用。（来源：Autodesk）
接地一词造成的混乱很大程度上与另一个重要词汇相关：电压。当有人说“A点电压为XV”时，这种说法忽略了“电压”的关键含义，即电压仅存在于两个特定的点之间。如果用一个更好的词来表示电压，那应该是电位差；这个词虽然很早就出现了，但一直沿用至今。除非指明A点电压是相对于另外一个点的，否则说“A点电压”对电路的不同部分就可能表示不同的电位。当电路中存在各种接地时，就更容易造成混淆了。因为大地、机壳地、公共地（信号地）之间往往存在电位差，从几毫伏到几伏，甚至更高。
当然，存在电位差的地方，就可能产生电流。这就是另一个在不严谨的接地（ground）和电压（voltage）等用词中容易混淆的原因。电位差已是个问题，但在许多情况下，通常更重要的是由电位差引起的流过电路两点之间的电流。这些电流在基于低压传感器的设计中是噪声和性能问题的根源，在某些情况下它甚至可能引起致命危险。因此，“接地”不明确真的会产生一系列问题。
如果良好接地如此重要，它们怎么还可能致命呢？并不是说接地本身很危险，而是说事物都具有两面性。假设有一个带金属外壳的医疗仪器，为了安全起见仪器已接地，因此当电流内部故障引起交流电压短路时，产生的电流将从机壳直接导入大地，而不会流经用户（或患者）的身体再返回大地。
这似乎是一个好主意，但却有例外。有一种可能就是，由于电线、螺丝松动或腐蚀（这常会发生），或者三相AC插头或插座接线接地不良或断开（这也很常见），导致安全接地（Earth-ground）故障而造成严重安全问题（如图2）。
图2：标准三相交流电插头有火线、零线和地线连接；它们的颜色可能因国家/地区而异，但地线通常覆盖绿色绝缘层，或者干脆裸露。电源线、插头、插座或主电源工作时经常没有连接大地，或者大地连接是断开的。（来源：Lumen Learning）
因此，当人体接触到机壳时……好吧，你知道交流电流流经物体再到地面时会发生什么（如图3）。 这个电压并不是致命的，但却足以驱动电流流经身体——仅需几毫安的电流，就可以通过皮肤接触使电流穿过胸部，从而引起心脏颤动（人们也把电位差称为“电动势”，这是有充分理由的）。
图3：绝缘层破损会使火线与设备的金属外壳直接接触，而当接地连接断开时，人体会遭受到严重的电击——然而，在接地断开时，设备却仍可能正常工作 。（来源：Lumen Learning）
有一种情况，设备外壳不接地实际上可以避免电击危险确保安全，那就是通常使用的隔离变压器（图4）。这种变压器的次级侧有交流火线和交流零线，但没有地线。因此，可阻止电流经过用户身体流回大地。
图4：隔离变压器的初级侧地线和次级侧之间没有电阻性电流通路，因此不会形成完整的电路，阻止了电流经过用户身体再流回大地。（来源：Lumen Learning）
通常，医疗设备会强制使用隔离变压器，因为如果需要将探针深入患者体内，在接触阻抗较低的情况下，电击风险会非常高。流经胸部内部的电流哪怕只有几微安，也可能致命。
隔离的需求不仅限于交流线路设备，或为了避免电击危险。许多传感器都不提供与大地的连接，但在实际使用中却可以连接到大地，例如，传感器附在金属框架上。这种接地连接可能会使模拟前端（AFE）的电路短路，因此通常使用“浮动”非接地AFE，通过变压器、光电耦合器、电容耦合、RF链路或其它技术实现隔离。
在电路设计项目的压力下，通常值得我们退一步思考，并提出如下问题：
-接地之间和电路功能模块之间的电位差在哪里？是多少？
-这些电位差会产生多大的电流，还有它会产生什么影响？
-大地（如果有）、机壳地和信号（公用）地之间如何连接？（注意，许多电路实际上具有多个信号地）
关于接地的类型及其方方面面，有大量可靠的资料可供参考。从电池供电的敏感传感器驱动电路，到医疗设备、大型建筑物和天线塔，这些资料涵盖了基础教程、案例研究以及实际操作指南等。
你是否也曾因缺乏接地设计，或者有接地，也遇到安全或性能问题呢？是否增加接地或去掉接地就解决了问题呢？
(参考原文：AC grounding essential, dangerous, or both)
责编：Amy Guan
本文为《电子工程专辑》2021年2月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。点击申请免费杂志订阅
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