電磁兼容接地技術(shù)

電磁兼容接地技術(shù)1.前言接地是電路或系統(tǒng)正常工作的基本技術(shù)要求之一，也是EMC性能高低之關(guān)鍵因素。線路接地是為泄放電荷或建立電路基準(zhǔn)電平而設(shè)置的導(dǎo)線連接。在電子設(shè)備中，恰當(dāng)良好的接地是抑制電磁噪聲和提高抗擾度的重要方法；相反，不良的接地乃是電磁干擾傳播主要途徑，甚至接地本身成為主要干擾源。電磁兼容的接地要求接地面應(yīng)是零電位，它作為設(shè)備/系統(tǒng)中各電路任何位置所有電信號的公共電位參考點。接地線、接地面應(yīng)采用低阻抗材料制成，并且有足夠的寬度和厚度，接地線應(yīng)短而粗、接地面的面積應(yīng)盡可能大，以保證在所有頻率（尤其是高頻部分）上它的兩邊之間均呈現(xiàn)低阻抗。良好的接地要求盡量減低多電路公共接地阻抗上所產(chǎn)生的干擾電壓，同時還要盡量避免形成不必要的地回路。數(shù)字信號地與模擬信號地分開設(shè)計，大電流信號地與邏輯小信號地分開設(shè)計。電磁兼容的接地方式及各種接地方式的特點接地方式有浮地、單點接地（包括：共用地線串聯(lián)一點接地、獨立地線并聯(lián)一點接地）、多點接地和3.1浮地浮地是指設(shè)備地線系統(tǒng)在電氣上與殼體構(gòu)件的接大地系統(tǒng)相互絕緣，一種情況是使接地系統(tǒng)上的電磁干擾就不會傳導(dǎo)到設(shè)備。另一種情況是在有些電子設(shè)備中，為了防止機箱上的干擾電流直接耦合到信號電路，有意使電路單元的信號線與設(shè)備機箱絕緣。采用浮地的設(shè)備、單元容易受空間耦合干擾，注意采用電磁屏蔽技術(shù)。3.2共用地線串聯(lián)一點接地從圖1—（b）可知：電路1、電路2、電路3各自到接地面的接地線長短不同（接地阻抗不同），各電路的接地點的電位均不為零且各不相同，且受其他電路電流影響。從EMC角度出發(fā)，這種接地方式是最不適用的。但由于該電路比較簡單，用的場合仍然較多，當(dāng)各電路的電平相差不大時可以使用。若各電路的電平相差很大，則不能使用，因為高電平電路將產(chǎn)生很大的地電流，形成大的地電位差并干擾到低電平電路。使用該接地方式時，要把低電平電路放在距接地點最近的地方。3.3獨立地線并聯(lián)一點接地這種接地方式的優(yōu)點是各電路的地電位只與本電路的地電流及地線阻抗有關(guān)，不受其它電路的影響。該接地方式的缺點：第一，需要多根地線，用起來比較麻煩。由于分別接地，勢必會增加地線長度，從而增加了地線阻抗。這種接地方式會造成各地線相互間的耦合，且隨著頻率增加，地線阻抗、地線間的電感及電容耦合都會增大；第二，這種接地方式只適用于低頻，不適用于高頻。如果系統(tǒng)的工作頻率很高，以致工作波長入=c/f縮小到可與系統(tǒng)的接地平面的尺寸或接地引線的長度比擬時，就不能再用這種接地方式了。因為：當(dāng)?shù)鼐€的長度接近于入/4時，它就象一根終端短路的傳輸線，此時不僅起不到接地作用，而且地線將有很強的天線效應(yīng)向外輻射干擾信號，所以一般要求地線長度不應(yīng)超過信號波長的1/20。3.4多點接地這種接地方式的優(yōu)點是接地線較短，適用于高頻情況，其缺點是形成各種地線回路，造成地環(huán)路干擾，這對設(shè)備內(nèi)同時使用的具有較低頻率的電路會產(chǎn)生不良影響。3.5混合接地如果電路的工作頻帶很寬，在低頻情況需采用單點接地，而在高頻時又需采用多點接地，此時，可采用混合接地方式。由圖1—（e）可見，在低頻時，電容的阻抗較大，故電路為單點接地

方式，但在高頻時，電容阻抗較低，故電路成為兩點接地方式，因此這種接地方式適用于工作于寬頻帶的電路?？偟膩碚f，單點接地適用于低頻，多點接地適用于高頻。一般情況，頻率在1MHz以下采用單點接地方式；頻率高于10MHz采用多點接地方式；頻率在1MHz~10MHz之間，采用混合接地，如采用單點接地，其地線長度不得超過0.05入(波長)。4.地線干擾分析由接地公共阻抗以及傳輸導(dǎo)線或金屬機殼的天線效應(yīng)等因素在地回路中形成共模干擾電壓，該電壓通過各種地回路感應(yīng)到受害電路的輸入端，而形成地回路干擾4.1接地公共阻抗產(chǎn)生的干擾兩個不同的接地點之間有一定的電位差，稱為地電壓，這是由于兩接地點間總有一定的阻抗，地電流在該公共阻抗上產(chǎn)生了地電壓，該電壓直接加到電路上在為共模干擾電壓。例如，如圖2所示的接地回路，從直流電源或高頻信號源流出的電流經(jīng)接地面返回，由于接地面的阻抗非常低，在性能設(shè)計時往往不予考慮，但對電磁干擾而言，在回路中必須考慮接地面上阻抗的存在，因此，在圖中所示的干擾回路和被干擾回路之間存在一個共有阻抗Zi，在該阻抗上所產(chǎn)生的電壓Ui=ZiI1+ZiI2，對回路2而言ZiI1是電磁干擾壓降，而ZiI2是對負(fù)載電壓降的分壓，由于RL2》IZi|，因此，在一般情況下后者對負(fù)載電壓降并無影響，僅是由I1所引起的電磁干擾電壓對負(fù)載起作用。4.2接地電流與地電壓的形成電子設(shè)備一般采用具有一定面積的銅皮面作為接地面，由于各種原因在接地面上總有接地電流通過，而金屬接地兩點之間總存在一定的阻抗，因而產(chǎn)生接地干擾電壓?？梢娊拥仉娏鞯拇嬖谑钱a(chǎn)生接地干擾的根源，而接地電流產(chǎn)生的原因主要有以下四種:由導(dǎo)電耦合而引起的接地電流：設(shè)備中的各級電路不可能總采用一點接地，在許多情況下需采用兩點或多點接地，即通過兩點或多點實現(xiàn)與接地面連接，因此形成接地回路，通過接地回路將流過接地電流，如圖3所示。由電容耦合形成的接地電流：由于回路元件與接地面之間存在分布電容，通過分布電容形成接地回路，電路中的電流總會有部分電流泄漏到接地回路中，圖4—a表示導(dǎo)電耦合和電容耦合而形成的接地回路，并通過接地回路流過接地電流。圖4—b表示在阻抗元件的高電位和低電位兩點上的分布電容所形成的接地回路，當(dāng)該回路處于諧振狀態(tài)時，接地電流將很大。由電磁耦合形成的感應(yīng)地電流：當(dāng)電路中的線圈靠近設(shè)備殼體時，殼體相當(dāng)于只有一匝的二次線圈，它和一次線圈形成變壓器耦合，機殼內(nèi)因電磁感應(yīng)將產(chǎn)生接地電流，而且不管線圈的位置如何，只要有變化磁通通過殼體，就會產(chǎn)生感應(yīng)地電流。由金屬導(dǎo)體的天線效應(yīng)形成地電流：當(dāng)有輻射電磁場照射到金屬導(dǎo)體時，由于接收天線效應(yīng)使導(dǎo)體產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，如果金屬體是箱體結(jié)構(gòu)，那么由于電場作用，在平行的兩個平面上將產(chǎn)生電位差，使箱體的接地電流流過，該金屬箱體同回路相連時，就會形成有接地電流通過的電流回路。5.抑制地線干擾的技術(shù)措施5.1地回路差模干擾的抑制方法電子設(shè)備中的地線分布到設(shè)備內(nèi)部的各級電路單元，它難免會與其他線路構(gòu)成回路，如在不對稱信號傳輸電路中，地線與信號線可構(gòu)成回路；地線本身也可構(gòu)成地回路。當(dāng)某一交變磁場與這些環(huán)路交鏈時，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢就是差模干擾。為減小地回路的差模干擾，就得減小地回路面積，最好在線路布局時避免構(gòu)成地回路。切斷地回路的最有效的方法是采用浮地、單點接地、采用差分平衡電路以及光電耦合器等。5.2地回路共模干擾的抑制方法當(dāng)感應(yīng)的電磁干擾在回路上傳輸時，如果回路的阻抗完全對稱時，則共模干擾就不會對電路引起干擾。但是，實際的回路真正達(dá)到完全對稱是不可能的。由于阻抗的不平衡，在傳輸中共模干擾就會對電路造成干擾。減小地線共模干擾的主要措施有：a)減小接地電阻