1 前言

 

電子設(shè)備的EMC問(wèn)題主要包括主動(dòng)發(fā)射和抗干擾兩方面問(wèn)題，通常接地設(shè)計(jì)與所有EMC測(cè)試項(xiàng)目都有關(guān)系。接地可視為所有的PCB設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，大部分的EMI問(wèn)題皆可藉由良好的接地來(lái)解決。

 

 

2 概述

 

屏蔽、濾波、接地是EMC設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的三大方法，其中接地作為電路設(shè)計(jì)最基礎(chǔ)的內(nèi)容，卻幾乎沒(méi)人能夠說(shuō)得清楚，如何才能做好接地設(shè)計(jì)呢？

 

經(jīng)常會(huì)有人問(wèn)到“有沒(méi)有一種通用的接地方法可以參考?。?rdquo;答案是肯定的：“沒(méi)有”。那咋辦呢，我們總不能像廚師一樣，教徒弟炒菜時(shí)，用到的配料都是“少許”“顏色微黃”“微焦”等感覺(jué)性詞語(yǔ)吧，當(dāng)然不是。為了更好的掌握接地的技巧方法，下文中將不再講究任何的文字技巧，而是一針見(jiàn)血的道出接地問(wèn)題的本質(zhì)來(lái)。

 

3 什么是“地”呢？

 

● 電子工程師：地是電路的基準(zhǔn)電壓——信號(hào)地；

● 結(jié)構(gòu)工程師：地是設(shè)備的金屬外殼——金屬機(jī)殼；

● 電工：地是大地，即地球——安全地。

 

電子設(shè)備的“地”通常有兩種含義：

 

1.一種是“大地”（安全地），“接大地”就是以地球的電位為基準(zhǔn)，并以大地作為零電位，把電子設(shè)備的金屬外殼、電路基準(zhǔn)點(diǎn)與大地相連接。

 

 

2.另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”（信號(hào)地），接地就是指在系統(tǒng)與某個(gè)電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路。

 

 

4 按照性能接地分為四類

 

從性能的角度上，接地分為：安全接地、工作接地（數(shù)字地、模擬地、功率器件地）、防浪涌接地（雷擊浪涌、上電浪涌）、防靜電接地。

 

5 接地追求的目的

 

1.地線阻抗要盡量小：

 

地線阻抗要盡量小的目的是，保證作為參考電位的地線電位盡量符合電位一致的假設(shè)。

 

2.地線環(huán)路面積盡量小：

 

地線環(huán)路面積盡量小的目的是，為信號(hào)電流提供一條低阻抗的路徑，使信號(hào)電流的回流處于受控狀態(tài)，控制信號(hào)電流的回路面積減小天線效應(yīng)。

 

6 較通用的接地方法

 

基本思路是，在設(shè)計(jì)時(shí)，把安全保護(hù)地、工作數(shù)字地、工作模擬地、工作功率地、雷擊浪涌地、屏蔽地先確保各自獨(dú)立的單獨(dú)連接，最后在系統(tǒng)接地的時(shí)候，再根據(jù)各地之間要解決的問(wèn)題，即根據(jù)接地的目的，將這幾個(gè)地按照下列的之間的聯(lián)接方式處理，連接方式包括：

 

1.用磁珠連接；

 

磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻限波器，只對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)的噪聲有顯著抑制作用，使用時(shí)需要預(yù)先估計(jì)噪點(diǎn)頻率，以便選用適當(dāng)型號(hào)。對(duì)于頻率不確定或無(wú)法預(yù)知的情況，磁珠不合。同時(shí)跨接磁珠的地之間一般是有快速小電流波動(dòng)的狀態(tài)，因?yàn)榇胖闀?huì)飽和，電流太大了，它消耗不了。

 

2.用電容連接；

 

電容隔直通交，造成浮地。

 

3.用電感連接；

 

電感具有抑制電路狀態(tài)變化的特性，通過(guò)電感的連接，可以銷峰填谷，對(duì)于有較大電流波動(dòng)的地對(duì)地，跨接電感可以解決這個(gè)問(wèn)題。

 

4.用0歐姆電阻連接。

 

0歐電阻相當(dāng)于很窄的電流通路，能夠有效地限制環(huán)路電流，使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0歐電阻也有阻抗)，這點(diǎn)比磁珠強(qiáng)。

 

7 接地原則：按需接地

 

接地的目的決定了接地方式。同樣的電路，不同的目的，可能都要采取不同的接地方式。這個(gè)觀點(diǎn)一定記住。比如同樣的電路，用在便攜設(shè)備上，靜電累積泄放不掉，接地的目的是地電位均衡；用在不可移動(dòng)的設(shè)備上，一般會(huì)有安全接地措施，對(duì)靜電泄放的接地目的是導(dǎo)通阻抗足夠低，尤其是對(duì)于尖峰脈沖的高頻導(dǎo)通阻抗。

 

這里有幾條經(jīng)驗(yàn)可參考

 

1.控制系統(tǒng)宜采用一點(diǎn)接地。

 

一般情況下,高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是什么大問(wèn)題，然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大，因此，常以一點(diǎn)作為接地點(diǎn)；但一點(diǎn)接地不適用于高頻，因?yàn)楦哳l時(shí)，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時(shí)各地線之間又產(chǎn)生電感耦合。一般來(lái)說(shuō)，頻率在1MHz以下,可用一點(diǎn)接地；高于10MHz時(shí)，采用多點(diǎn)接地；在1～10MHz之間可用一點(diǎn)接地，也可用多點(diǎn)接地。

 

 

2.交流地與信號(hào)地不能共用。

 

由于在一段電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)mV甚至幾V電壓，對(duì)低電平信號(hào)電路來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。

 

3.浮地與接地的比較。

 

全機(jī)浮空即系統(tǒng)各個(gè)部分與大地浮置起來(lái)，這種方法簡(jiǎn)單，但整個(gè)系統(tǒng)與大地絕緣電阻不能小于50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會(huì)帶來(lái)干擾。還有一種方法，就是將機(jī)殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜。

 

 

4.模擬地。

 

模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力，對(duì)于模擬信號(hào)可采用屏蔽浮技術(shù)。對(duì)于具體模擬量信號(hào)的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊(cè)上的要求設(shè)計(jì)。

 

5.屏蔽地。

 

在控制系統(tǒng)中為了減少信號(hào)中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測(cè)和控制，對(duì)信號(hào)采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。電場(chǎng)屏蔽解決分布電容問(wèn)題，一般接大地；電磁場(chǎng)屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺(tái)等高頻電磁場(chǎng)輻射干擾。利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成，可接大地。磁場(chǎng)屏蔽用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感應(yīng)，其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。當(dāng)信號(hào)電路是一點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。如果電纜的屏蔽層接地點(diǎn)有一個(gè)以上時(shí)，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。

 

8 總結(jié)

 

接地首先要明白接地的功能，要實(shí)現(xiàn)的目的，最后才到接地方式；所以采取哪種接地方式，要看地是哪類地，這類地的作用目的是什么，這兩個(gè)問(wèn)題解決了，接地方式則可水到渠成。

來(lái)源：  韜略科技EMC，作者：張小林、詹育云

 

 

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