地的概念是什么（地的定义）

作为一名硬件工程师，了解地的概念至关重要，它会影响我们系统的稳定性和测试的准确性。本节从信号源、示波器、生理信号采集等角度讲解地面的概念，加深对地球的认识。

信号源和示波器是常用设备。最简单的操作之一是使用信号源生成信号并使用示波器采集信号。这个简单的过程可以帮助我们理解地面的概念。下图是信号源、示波器和地之间的连接示意图。信号源和示波器探头有两根线，一根是信号线，一根是地线，构成单端信号传输方式。信号源和示波器所有电源插头均为3 针220V 插头，具有三个引脚：地线、零线和火线。当它们插入3 针插座时，3 针插座有一条地线，连接信号源和示波器的地。大地和大地是连接在一起的。此时，即使信号源与示波器探头上的地线没有连接，示波器仍然可以采集来自信号源的信号。

第二排图片中，使用的是双针插座。虽然插座采用3针孔，但接地孔上没有电线连接，因此即使信号源和示波器插在这个2针插座上，它们的地也不是共享的。此时，为了实现共地，需要将信号源探头地线和示波器探头地线连接在一起。只有共地后才能正常采集信号。

接下来，我们将介绍采集人体生理电信号过程中涉及的概念。人体除了携带我们想要采集的生理信号外，还携带着我们不需要的共模信号。下图左侧的图说明了这个过程。人体与采集系统的地之间存在电位差。这个电位差Vcm沿着引线（信号采集电缆）传输到采集系统，形成共模干扰。系统的共模抑制比有限，影响系统采集的信噪比。

以下示例使用采集卡采集功率放大器的电流。不正确的电路连接会导致电路烧毁。图(a)是采集卡测量电流的示意图。高功率功率放大器驱动负载。利用采集卡测量串联电阻的电压，进而测量功放的输出电流。采集卡为单端采集模式，有两个通道。当按照(a)连接电路后，图中的红线发热严重，最终烧毁。这是因为采集卡和功率放大器都有三脚插头，连接到接地条。两者的地线在插座处形成公共地线。 (a)中，Ch1具有信号线和地线，地线连接到电阻的一侧。当时，相当于将电阻的这一侧接地，使功放短路。短路电流路径如(a)中的虚线箭头所示。有很多方法可以正确测量功率放大器的输出电流波形。

(b)中，按照单端采集方式，使用两个通道采集电阻两端的电压。那么Ch1的电压减去Ch2的电压就是电阻两端的电压。 (c) 将电阻置于低端。电阻和负载串联。只需使用采集卡的一个通道测量通过电阻的电压即可。 (d)采用差分采集方式，采集精度更高。如果将电阻放在靠近地的低端进行检测，则更容易实现。许多手机电池电量计都放在低端来检测电流。

审稿人：刘庆