EMC理論與實踐-第五部分

第5章接地與搭接

5.1接地的概念

理想接地面是指零阻抗和零電位的物理實體，其上各點之間不存在電位差，它可以作為系統(tǒng)中所有信號電平的參考點。理想接地面實際上是不存在的，因為即使是電阻率為零的超導體，其外表兩點之間的跨越時間延遲也會呈現(xiàn)某種電抗效應。接地是指在系統(tǒng)的某個選定點與某個接地面之間建立導電的通路。接地的目的主要是防止電磁干擾，消除公共阻抗的耦合，也是為了保障人身和設備的平安。接地與屏蔽正確地結(jié)合起來，就能解決大局部電磁干擾問題。電氣電子系統(tǒng)的性能通常取決于假設干互相聯(lián)系而又互相影響的功能，要使電氣系統(tǒng)能正常工作，必須對其相互作用予以控制。假設電子系統(tǒng)中，各分系統(tǒng)(單設備)有一個基準點，會造成各分系統(tǒng)間的參考電位不同，產(chǎn)生公共阻抗的影響，為消除這種影響，必須在系統(tǒng)中建立一個等位面——接地面。理想的接地面阻抗為零。大地是理想的接地面。理想的接地面應使系統(tǒng)的任何地方都能為設備提供公共的參考電位點，以消除不希望有的電壓。接地平面應采用低阻抗材料(例如銅)制成，并有足夠的長度、寬度和厚度，以保證在所有的頻率上都呈現(xiàn)低阻抗。用于安裝固定式裝備的接地平面應當由整塊薄銅板或網(wǎng)格為25*25cm2或更密一些的銅柵網(wǎng)組成，對多路發(fā)射機裝置要求用薄銅板作接地平面。對甚低頻發(fā)射機那么常常會遇到一些特殊問題，需要采取獨特的解決方法。按地平面應對大地呈現(xiàn)很大的電容。在組裝時接地平面應延伸到所有設備底面的下方，而且要比該設備底面最大尺寸伸長1.8m或更遠。大功率發(fā)射機要求接地平面在徑向延伸到最低工作頻率1/4波長，以便排除地電流，還需設計一條接地母線，以便為設備提供就近接地匯流點，該母線應當每隔1.8m或更短的間隔與接地平面經(jīng)銅帶熔焊連接一起。接地面與大地面連接往往出于下述三種原因：1．為使整個系統(tǒng)有一個公共的零電位基準面，并給高頻干擾電壓提供低阻抗通路，到達系統(tǒng)穩(wěn)定工作的目的。2．為使系統(tǒng)的屏蔽接地，取得良好的電磁屏蔽效果。到達抑制電磁干擾的目的。3．為了防止雷擊危及系統(tǒng)和人體，防止電荷積累引起火花放電，以及防止高電壓與外殼相接引起的危險。5.2接地的分類電路和用電設備的接地按其功能分成兩大類：平安接地和信號接地。平安接地：就是采用低阻抗的導體將用電設備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因設備外殼漏電或故障放電而發(fā)生觸電危險。平安接地還包括建筑物、輸電線鐵架、高大電力設備的接地，其目的是為了防止雷擊放電造成設施破壞和人身傷亡。由于大地具有非常大的電容量，是理想的零電位。不管往大地注入多大的電流或電荷，在穩(wěn)態(tài)時其電位保持為零。因此良好的平安接地能夠保證用電設備、各種設施和人身平安。信號接地：就是在系統(tǒng)和設備中、采用低阻抗的導線(或地平面)為各種電路提供具有共同參考電位的信號返回通路，使流經(jīng)該地線的各電路信號電流互不影響。表5.1接地種類

接地

安全接地（用于設備外殼、機箱、機架和不帶電的金屬構(gòu)件的接地）常用功能有：1.設備安全接地2.接零保護3.防雷接地

信號接地（用于低電平敏感電路的接地）常用形式有：1.單點接地2.多點接地3.混合接地4.懸浮接地按地線的接地方式分類：根據(jù)接地線需抑制的信號頻率和導線本身的尺寸的不同，可將接地方式分為單點接地、多點接地和混合接地。單點接地適用于低頻，這時需抑制的信號波長遠大于電子設備或?qū)w尺寸；多點接地適用于高頻，這時需抑制的信號波長可與電子設備或?qū)w尺寸相比較，通常指時；混合接地是指一個設備中同時采用單點接地和多點接地，或指某個接地方案在低頻時呈現(xiàn)單點接地方式，在高頻時呈現(xiàn)多點接地方式。一些場合可以按設備接地面與大地是否相接分類：接大地和不接大地。接大地包括一切與大地相連的大型設備、高頻設備等；不接大地又稱懸浮接地，只在設備內(nèi)部自行接地，接地面與大地絕緣，如小型收錄機、吹風機等。主要介紹平安接地和信號接地。其中平安接地主要從設備平安接地、防雷接地和接地的性能評價來討論。信號接地從單點接地、多點接地、混合接地以及懸浮地來分析。5.2.1平安接地平安接地主要關心的就是防止設備漏電的平安接地，防雷接地以及接地的有效性。1．防止設備漏電的平安接地機殼平安接地必要性示意圖任何高壓電器及電子設備的機殼和底座都應當接大地，以防止因漏電危及人身平安。在工業(yè)現(xiàn)場，可能導致設備漏電的原因很多，例如絕緣老化、環(huán)境潮濕、多塵、有酸堿氣氛、局部放電使絕緣碳化、絕緣因擦碰被破壞或鼠咬破損等。人體的皮膚處于枯燥潔凈和無破損情況下，人體電阻可達40-100kΩ，當人體處于出汗、潮濕狀態(tài)時，人體電阻可降到1000Ω左右。通常，當人體流過的0.2-1mA電流時，會感到麻電；流過5-20mA電流時，會發(fā)生肌肉痙攣，不能自控脫離帶電體；當電流大于幾十毫安時，心肌那么會停止收縮和擴張；如果電流與時間的乘積超過50mAS，便會造成觸電死亡。實用上，通常以電壓表示平安界限，例如，我國規(guī)定在沒有高度危險的建筑物中，平安電壓為65V；在高度危險的建筑物中為36V；在特別危險的建筑物中為12V。而一般家用電器的平安電壓為36V，以保證萬一觸電時流經(jīng)人體的電流小于40mA。為了確保人身平安，必須將設備金屬外殼或機架與接大地的接地體相連。通常，接地體接大地的電阻力5-10Ω。萬一設備漏電，當人體接觸帶電外殼時，大局部漏電流將被接地電阻分流，使流過人體的電流大大減小，保障了人身平安。但是，在特別嚴重的情況下(例如強雷擊、高壓擊穿等)，接地電流過大時，上述接地系統(tǒng)仍舊可能危及人身平安。這是因為，當很大的接地電流經(jīng)接地棒流入大地時，在接地棒周圍會產(chǎn)生流散電流和流散電場流散電流流經(jīng)地面，會產(chǎn)生人體兩腳跨步之間的電位差(跨步電壓)。假設接地電流太大，這個跨步電壓也可能導致人體觸電；而對設備和系統(tǒng)而言，“跨步電壓”可能導致連接于兩地的設備與系統(tǒng)損壞或受干擾。通常在平安接地的地電流回路中，串聯(lián)一臺相應的保護電器設備，進行限流或保護。2．防雷接地

防雷擊是電氣和電子設備以及人身平安防護的最重要內(nèi)容之一，也是抗干擾考慮的重要問題。防雷接地的目的就是把雷電引入大地，從而保護設備和人身平安，使之免遭雷擊，同時要求在消除雷擊的同時不要影響其它(如信號)接地系統(tǒng)。雷閃電的發(fā)生是由于雷雨云中的電荷累積到一定程度引起靜電放電。云層的底部主要積累負電荷，上部為正電荷；而在局部范圍內(nèi)底部積累正電荷，上部為負電荷。放電可以在云層與云層之間發(fā)生，也可以在云層和地面間某一點發(fā)生，特別是在平地或水面上突出點如高建筑物、輸電塔、山峰等之間發(fā)生。云層與地面之間發(fā)生的放電稱為直接雷擊，它所釋放的巨大能量將使被擊中的目標受到破壞，如引起樹林火災，金屬熔化，建筑物摧毀，設備損壞，人畜死亡等。防雷接地的作用在于把雷閃的強大電流引離這些敏感對象，導入大地，并使由此引起的流散電場降到平安水平以下。一次典型的雷閃約有個閃擊，每次閃擊的電流峰值為20kA，上升時間為0.5-2μs，寬度約為50μs，每次還擊的間隔為50ms，相應的電磁波頻率為防止雷擊的措施，一般是采用避雷針。假設避雷針高度為h，那么保護面積等于投影中心半徑為三倍高度的面積，即9πh2。雷擊電流將沿避雷針下引導體接至大地，一次典型閃擊之電流峰值為20kA，即使接地電阻只有1Ω，亦將產(chǎn)生20kV的電壓，而且在附近也將產(chǎn)生流散電場。接地電阻自然愈小愈好，但要做得太低，太困難且不經(jīng)濟。實驗說明接地電阻為10Ω左右就可以使附近的建筑物、變壓器、傳輸線、塔及其他露天設施得到保護。從抗干擾角度出發(fā)還必須注意，雷閃放電在建筑物或設施附近會導致電氣及電子設備損壞。雷閃的快上升時間及大電流脈沖所產(chǎn)生的電壓會到達足夠大的程度，使絕緣擊穿，造成人身傷害，并導致元件和器件的損壞。產(chǎn)生的原因〔1〕閃電脈沖沿避雷針下引導體或架空接地線并通過結(jié)構(gòu)構(gòu)件或通過接地電阻傳導耦合至電源線或信號線?！?〕磁感應耦合?！?〕電容耦合。3．平安接地的性能評價必須檢驗接地的有效性：平安接地的質(zhì)量好壞關系到人身平安和設施的平安。接地的目的就是為了使設備與大地有一條低阻抗的電流通路。接地的性能評價主要取決于接地電阻的大小。阻值越小越好。影響接地電阻的因素很多，主要與接地裝置、接地土壤狀況以及環(huán)境條件等因素有關。接地裝置也稱接地體，常見的有接地樁、接地網(wǎng)和地下水管等，通常把它們分為自然接地體和人工接地體兩大類型。埋設在地下的水管、輸送非燃性氣體和液體的金屬管道、自流井插入管、鉆管以及建筑物埋設在地下或水泥中的金屬結(jié)構(gòu)、電纜外皮等都屬自然接地體。一般說自然接地體與大地的接觸面積比較大，長度也較長，因此雜散電阻較小。往往比專門設計的接地體性能更好。同時還由于自然接地體與用電設備在大多數(shù)情況下已經(jīng)連成整體，大局部故障漏電電流能在接地體的開始段向大地流散，所以很平安。自然接地體還在地下縱橫交叉從而降低接觸電壓及跨步電壓，所以在1000V以下的系統(tǒng)和1000V以上的小接地短路電流系統(tǒng)中，一般都采用自然接地體。對于大接地電流系統(tǒng)，由于要求接地電阻值較低，自然接地體埋于地下由于外表腐蝕等原因使接地電阻難以降低，因此采用人工接地體。必須特別指出，在信號比較弱而設備對干擾極為敏感的測控系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、貴重精密儀器系統(tǒng)不能濫用自然接地體，例如暖氣管道，一般它與建筑結(jié)構(gòu)及大地并沒有良好的接觸，其電阻值比較大，因此不宜作為接地體。人工接地體是人工埋入地下的金屬導體，常用的形式有垂直埋入地下的鋼管、角鋼和平放的圓鋼、扁鋼，還有環(huán)形、圓板形和方板形的金屬導體。接地棒外表般鍍銅或鋅，以防止鋼材生銹增大電阻。棒上端與地面上的金屬結(jié)構(gòu)件(如機箱、機柜或機房)相連，下端埋入地下一般深度達3m-4m，棒長一般2m-3m，離地面1m左右。為了減小接地電阻，有時將幾個接地體連接起來構(gòu)成組合接地體。接地柵網(wǎng)是由接地棒和電導網(wǎng)格構(gòu)成。柵網(wǎng)與地面上金屬構(gòu)件相連接，同時又將接地棒連接在—起。在現(xiàn)代建筑中，常常繞建筑物一周形成接地環(huán)埋設于地基中。無論是自然接地體還是人工接地體，都必須根據(jù)接地電阻的要求來選擇，一般接地電阻應小于10Ω。但按不同的接地目的，設備平安接地電阻一般應在10Ω以下，對于1000V以上的電力線路接地電阻要求小于0.5Ω。防雷接地電阻的一般要求為10Ω-25Ω，對于建筑物單獨裝設的避雷針的接地電阻要求可低到25Ω以內(nèi)。接地電阻屬于分布電阻，通常它由接地導線的電阻、接地體的電阻和大地的雜散電阻三局部組成。其中大地雜散電阻起主要作用，因此接地電阻的大小不僅與接地體的大小、形狀、材料等特性有關，而且與接地體附近的土壤特性有很大關系不同性質(zhì)土壤的電阻率。土壤的成分、土壤顆粒的大小和密度、地下水中是否含有被溶解的鹽類等因素也有著直接的關系。除此以外，接地電阻還受環(huán)境條件影響，天氣的潮濕程度、季節(jié)變化和溫度上下的變化都影啊它的阻值。因此接地電阻的數(shù)值并不是固定不變的，需要定期測定監(jiān)視。當出現(xiàn)接地電阻不符合要求時，可以采用保持水分、化學鹽化和化學凝膠一種方法來有效他降低土壤的電阻率，使接地電阻減小。接地電阻可以使用專門的接地電阻測試儀進行測定，也可以通過理論計算來估計它的數(shù)值。根據(jù)理論計算公式計算得到的數(shù)值，也可以作為設計接地體長度，直徑和埋入深度的依據(jù)。單根垂直圓形接地棒的接地電阻為式中R為接地棒的直徑；l為接地棒的長度；

ρ為上接的電阻率。

5.2.2信號接地

信號接地主要指用于低電平敏感電路的接地，常用形式有單點接地，多點接地，混合接地以及懸浮地。

1．單點接地

單點接地是在一個電路或設備中，只有一個物理點被定義為參考接地點，其他但凡需要接地的點都被連接到這一點上。單點接地的優(yōu)點是簡單。但是單點接地的最大缺點是，當系統(tǒng)工作頻率很高，以致波長小到與系統(tǒng)與接地線長度可以比較時〔如到達時1/4λ時〕，就不能用單點接地了。此時，這根接地線就好似是一根天線，通過它向外輻射電磁波，影響周圍設備和電路的工作，在這種情況下，應當轉(zhuǎn)而采用多點接地?！瞐〕并聯(lián)單點接地圖中有三個電路，每一個電路分別使用一根接地線將電路連接到設備的接地面上。三根接地線并聯(lián)在一點接地，這種接地方式稱為并聯(lián)單點接地，又稱星形單點接地。這種接地方式在低頻時最適用，因為各電路之間的地電流不會形成公共阻抗耦合。缺點是要多根接地線。

〔b〕串聯(lián)單點接地串聯(lián)單點接地是將各電路的接地線串起來，好似樹枝形狀，一條干線上有許多分叉，這條干線稱為接地母線串聯(lián)單點接地各電路的地電流是在接地母線上集合后再入地的，相互之間存在公共阻抗耦合干擾。當各電路的電平相差不大時可以使用。假設各電路的電平相差很多時，就不宜使用，因為高電平電路將會在接地母線上產(chǎn)生很大的地電流，并干擾到低電平電路中去使用串聯(lián)單點接地時，還應注意把低電平的電路放在距接地點最近的地方，如圖中的A點，因為該點最接近地電位在實際應用中，單點接地系統(tǒng)盡量防止使地線構(gòu)成回路，因此在配置上經(jīng)常是使地線成為樹叉狀。其在結(jié)構(gòu)上有以下三種形式：〔1〕用獨立接線排的單點接地系統(tǒng)〔并聯(lián)〕〔2〕用公共母線的單點接地系統(tǒng)〔串聯(lián)〕〔3〕用主接地板和支路接地板的單點接地〔1〕用獨立接線排的單點接地系統(tǒng)〔并聯(lián)〕在設施中各系統(tǒng)均以一獨立的接地排連接到設施的主接地板上，如下圖。各系統(tǒng)的分系統(tǒng)那么都單獨用接地線連接到系統(tǒng)的接地排上?！?〕用公共母線的單點接地系統(tǒng)〔串聯(lián)〕每個系統(tǒng)內(nèi)的各分系統(tǒng)是單點接地，然后利用單根絕緣導線把每個系統(tǒng)的接地點連接到樹叉狀的接地母線上?！?〕用主接地板和支路接地板的單點接地在設施中心安裝主接地板，設施中的各設備支路接地板都通過主干接地電纜接到該板上，而該板再與設施的大地電極連接。2．多點接地多點接地是指設備〔或系統(tǒng)〕中但凡需要接地的點都是直接接到離它最近的接地平面上〔就近接地〕，以便使接地線的長度為最短。這里所說的接地平面可以是設備的底板、專用接地母線。甚至是設備的框架。多點接地的這一特點使得它在高頻場合下的應用有上佳表現(xiàn)〔而單點接地在低頻時的性能為最好〕。多點接地的形式比較簡單，但對系統(tǒng)中的眾多接地線的維護提出了更高的要求。因為任何接地點上的腐蝕、松動都會使接地系統(tǒng)出現(xiàn)高阻抗，從而使接地效果變差。多點接地是把需要接地的電路、單元和屏蔽體用多條通路和設備接地面相連。每個電路以最近的距離、用最短的導體連接到設備的接地面上，電路之間的接地點還可以相互連接。這樣，多點接地方式就降低了接地線的阻抗。由于單點接地方式的地線較長，存在較大的寄生電容和互感，不利于隔離高頻電路的地電流；當接地母線或接地線長度大于信號波長的0.11倍時，地線的阻抗值較大，帶來明顯的共阻抗干擾；地線長度接近信號波長的1/4倍時，接地線將起到發(fā)射天線的作用，向外輻射干擾信號。因此，高頻電路常采用多點就近接地方式，使每一段地線長度都短于信號波長的1/10，以防止天線效應和盡可能降低地阻抗。多點接地除采用按地導體外，還可以利用設備的金屬結(jié)構(gòu)件、機架、外殼、同軸電纜的外導體等，這樣可以降低接地線阻抗，而且簡化了結(jié)構(gòu)。3．懸浮接地采用懸浮接地的目的是將設備或電路與公共地或可能引起環(huán)流的公共導體隔離開來。懸浮接地還可以使不同電位的電路間配合〔通過光耦或變壓器〕變的容易。懸浮接地的最大優(yōu)點是抗干擾性能好。懸浮接地的主要缺點是設備不與公共接地直接連接，容易產(chǎn)生靜電積累，當電荷積累到一定程度，設備與公共地之間的電位差會引起強烈的靜電放電，成為破壞性很強的干擾源。作為折中，可以采用懸浮接地的設備與公共地之間接進一個阻值很大的電阻，以便泄放掉所積累的電荷。懸浮地在電子設備中，懸浮接地指的是信號電路的零電位基準面與其周圍的導體和大地是絕緣的。當電路、單元對大地需要獲得高阻抗時，信號電路的接地面應與平安接地線、設備外殼和其它電路的接地面絕緣，這樣可以減小由于地電流引起的電磁干擾。采用懸浮地的先決條件是信號接地面必須真正懸浮于大地才能到達有效地減小電磁干擾的目的。大型設備和高額電子設備因為分布參量對電路的影響大，由于靜電、故障電位及雷擊閃電電位，可能在懸浮地和其它易于接近的水管、外電源中心線等大地連通物之間積聚起來，形成暗流或火花放電，絕緣容易遭到破壞。頻率很高時分布參量影響大，也很難做到真正絕緣。因此，大型及高頻電子設備一般不宜采用懸浮地。低頻、小型電子設備，容易做到真正經(jīng)絕緣，隨著絕緣材料的開展和絕緣技術的提高，比較普遍地采用懸浮地。4.混合接地

單點接地的優(yōu)點和多點接地的缺點，促使人們想到了混合接地，即個別要求高頻接地的點選擇多點接地〔就近接地〕，其余各點都采用單點接地。所謂混合接地，要求設計人員對系統(tǒng)各局部工作情況做一個分析，只將那些需要就近接地的點直接〔或需要高頻接地的點通過旁路電容〕與接地平面相連。而其余各點都采用單點接地的方法。對用高頻電容做旁路接地的情況，要注意電容本身可能與引線電感之間產(chǎn)生諧振。前面提到的接地線長度小于λ/4，只是一個根本考慮，究竟取多少長度為好，要看地線電流的大小，及每一根接地線上允許產(chǎn)生的壓降情況。單點接地的應用頻率范圍一般為300kHz以下，在有些場合也可用在3MHz以下；多點接地的應用頻率范圍一般為300kHz以上，但在很多場合其使用頻率范圍為500kHz-30MHz；單點和多點的混合接地應用頻率范圍為50kHz-10MHz。對于電子設備，如果該電子設備既有低頻電路又有高頻電路，這時也應用混合接地方式。它把設備的地線分為兩大類：電源地和信號地。設備中各局部的電源地線都接到電源總地線上，所有的信號地都接到信號總地線上。兩根總線最后匯總到一個公共的入地點，即為大地電極。在信號地中，根據(jù)不同的工作頻率采用相應的接地方式。如射頻、中頻放大器及中放、視頻局部采用多點接地方式。顯示器、掃頻電路、記錄儀等低頻電路那么采用單點接地方式。從而實現(xiàn)了混合接地。5.3地環(huán)路問題兩個不同的接地點之間有一定的電位差，稱為地電壓U，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。該地電壓直接加到電路上成為共模干擾電壓。由于地環(huán)路的存在，會促使接地電流與地電壓的形成，因此也就會產(chǎn)生地回路干擾。地回路干擾通常由接地共阻抗以及傳輸導線或金屬機殼的天線效應等因素在地回路中形成共模干擾電壓，該干擾電壓通過各種地回路感應到受害電路的輸入端，而形成地回路干擾。抑制地回路干擾與接地點的選擇位置及接地點的個數(shù)有直接關系。因此在進行接地設計時，必須進行恰當?shù)慕拥攸c選擇，包括選擇接地點的位置及接地點的個數(shù)。為了抑制地回路干擾，在設計中應盡量減小公共接地阻抗，除恰當?shù)倪x擇接地點的位置，盡量減少地回路。此外還可采用專門技術措施，以進一步抑制地回路干擾。專門技術措施〔1〕懸浮接地〔2〕差分放大器〔3〕隔離變壓器〔4〕縱向扼流圈〔5〕光耦合器隔離變壓器原理圖及等效電路當傳輸?shù)男盘栔杏兄绷鞣至炕蚝艿偷念l率分量時，就不能用隔離變壓器。因為隔離變壓器使直流和低頻信號無法通過，

只能采用共模扼流圈它能通過直流或低頻信號，而對地回路共模干擾電流卻呈現(xiàn)相當高的阻抗，使其受到抑制。用共模扼流圈抑制地環(huán)路干擾共模電感上的寄生電容由于這個寄生電容的存在，實際的共模扼流圈對地線噪聲的抑制作用如下圖，這里假定繞制共模扼流圈的磁芯是一定的〔材料種類、尺寸等〕。光耦合器

光耦合器用于切斷地環(huán)路5.4常見的系統(tǒng)接地電路接地電源接地繼電器接地電纜接地PCB板的接地問題5.4.1電路接地一個電路系統(tǒng)假設使用一很大的接地平面，那么在地平面不同點之間有可能存在較大的電勢差或電壓。電勢差的大小與流經(jīng)地平面的電流大小有關。所以，有必要對電路元件的接地進行規(guī)劃，以保證接地引線盡可能地短，從而減少地線回路的干擾。一個浮點接地系統(tǒng)可以防止地平面電勢差的干擾作用，并且在聲頻和低頻范圍可靠地工作。但是，當頻率增加時，將會出現(xiàn)電容耦合，因而出現(xiàn)旁路。圖5.14對地平衡的阻抗條件

平衡差分器件在差分器件的輸入端,噪聲電波轉(zhuǎn)換為非平衡電壓在建立共摸電壓中，低效接地平面的作用地平面，差分器件的連線，信號發(fā)生器所構(gòu)成的回路之間，可產(chǎn)生一個電流，此電流是由穿過回路的磁場所引起。在數(shù)字電路中，經(jīng)?？梢栽诘妥杩闺娖綍r發(fā)現(xiàn)這種情況。低阻抗電路與低阻抗的場(磁場)的匹配要好于高阻抗電路與低阻抗場的匹配。然而，低阻抗電路很易使電流流動，因此產(chǎn)生以上所述的耦合干擾。解決這類問題的方法是減少低阻抗電路的環(huán)路面積，這可通過直接將電路模塊安裝在導電板上，并保持所有連接線在導電板附近。但是，這樣做會增加電容耦合，電容耦合是高阻抗電路所關心的一個主要問題。盡量防止使用高阻抗電路。在不可防止要使用高阻抗電路時，電路的連接線要與地很好地屏蔽。電源接地

為了減少供電源母線上的負載感生噪聲，電源的一端必須很好地接地。

〔a〕兩負載公用一個電源供電情況〔b〕兩負載用各自獨立的電源線供電情況電源供電情況最理想的方法是每一個負載有一個單獨的電源，但通常是不允許的。比較經(jīng)濟又好的方法像圖(b)那樣的負載別離方法，或者在圖(a)中接入去耦電路。一般去耦電路由電阻和電容器構(gòu)成，也可由電阻和齊納二極管等穩(wěn)壓器件構(gòu)成。去耦電路中的電容器和電阻值大小的選擇，應滿足頻率遠遠小于去耦頻率。電源回線主要有兩種實施方法，即公共回線(通過接地系統(tǒng)或機殼)，也可用一根導線作電源回線。公共回路可以節(jié)省導線，但電流通過公共回線時，會在作為回線的接地平面或機殼上產(chǎn)生電壓降，可能高于電子系統(tǒng)中某些級的信號電平。在那些用框架和結(jié)構(gòu)作電源回線的電子系統(tǒng)中，就會碰到潛在的干擾問題。采用專用一根導線作為電源回線時，其優(yōu)點是可以提供一個比較完善的單點接地，而不構(gòu)成復雜的接地環(huán)路，從而減少了最容易引起不兼容的接地環(huán)路和公共阻抗。5.4.3繼電器接地對于一個驅(qū)動繼電器工作的電源系統(tǒng)，一般地講，這類電源不應用于電子電路。這是由于繼電器的噪聲會出現(xiàn)在電源線中。但是，這類電源可用于指示燈，小馬達以及電磁開關等電路系統(tǒng)。產(chǎn)生繼電器噪聲的主要原因是線圈的破壞性磁場，這個磁場在線圈中生成極性相反的很大的感應電壓。當斷開時，觸點之間產(chǎn)生電弧，電路中有干擾電流。電弧包含有很寬頻帶的電磁能量，這些電磁能量可能通過傳導或輻射的方式影響繼電器周圍的電路或電子系統(tǒng)。傳導干擾可采用隔離繼電器的方法克服掉。繼電器的工作會在電源線中產(chǎn)生電流的突然變化，因而有一相當可觀的負載感應干擾量。在單點接地的根底上，繼電器接地應選擇電流最大的地點，這一地點通常是在電源處。電源線與回線應緊密繞在—起，以減少它們所形成的回路面積。5.4.4屏蔽電纜的接地問題屏蔽作為電磁兼容控制的重要手段，可以有效的抑制電磁干擾。采用屏蔽的電纜，一方面可以有效的抑制空間電磁場對傳輸線的影響，防止通信失效，噪音增大，傳輸誤碼，信號誤差等現(xiàn)象；另一方面也可以降低電纜內(nèi)傳輸信號對外的電磁輻射，減小對周圍電磁環(huán)境的污染，防止信息的泄露和失密。屏蔽電纜的屏蔽層只有在接地以后才能起到屏蔽作用。目前屏蔽電纜有單點接地，雙點接地以及多點接地1．屏蔽層接地產(chǎn)生的電場屏蔽〔一點和多點接地原那么〕屏蔽層的接地點通常選在屏蔽電纜的一端，稱單端接地。如果屏蔽層不接地，由于其面積比普通導線大，耦合電容也大，產(chǎn)生的耦合量也大，將比不用屏蔽電纜時產(chǎn)生更大的電場耦合，這是需要注意的。此外，當頻率較高或電纜較長時，還應每隔λ/10〔λ為騷擾信號的波長〕的距離接一次地。對屏蔽線的耦合2．屏蔽層接地產(chǎn)生的磁場屏蔽〔1〕一點接地原那么〔單端接地〕將A點與C點、B點以及D點分別用線連接起來，顯然，這樣就構(gòu)成ABCD的回路。磁通將產(chǎn)生回路電壓。就上圖而言，有效利用AC或BD，斷開其中的一方，就能防止形成回路。這就是眾所周知的“一點接地原那么”。(2)兩點接地原那么〔雙端接地〕〔a〕電路原理圖〔b〕等效電路設是US騷擾電壓源，電流I1流過芯線，如下圖，LS和rS分別為屏蔽層的電感和電阻。如果屏蔽層不接地或只有一端接地，屏蔽層上無電流通過，電流經(jīng)地面返回，屏蔽層不起作用。當屏蔽層兩端接地，接地點為A點和B點，I1在A點將分兩路到達B點，再回到源端,屏蔽層外由I1和回流產(chǎn)生的磁場大小相等，方向相反，因而互相抵消，抑制了騷擾源的向外輻射。至于什么時候采用一點接地〔單端接地〕還是兩點接地〔雙端接地〕，這就要看使用者是想要抑制空間電磁場對傳輸線的影響；還是降低電纜內(nèi)傳輸信號對外的電磁輻射3.地環(huán)路對屏蔽的影響地環(huán)路引起的噪聲電壓被串聯(lián)在信號回路中。采用三軸式屏蔽電纜可較好的解決這個問題。這是因為這種電纜在芯線外有兩個互相絕緣的屏蔽層，內(nèi)屏蔽層用作信號回流線；外屏蔽層兩端接地，流過地環(huán)路電流，不會影響信號回路?！瞐〕電路原理圖〔b〕等效電路圖地環(huán)路對屏蔽的影響5.4.5PCB板的接地

大局部電路是安裝在線路板上的。上面所討論的接地原理對于線路板上的電路是同樣適用的，例如數(shù)字電路與模擬電路的地線要分開，只在一點連接等。需要特別注意的是數(shù)字電路的線路板。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，而脈沖信號有很多高次諧波，因此雖然數(shù)字電路的同步時鐘頻率可能并不高，但是所包含的頻率可能很高。因此，數(shù)字電路的地線設計要按高頻的情況處理。數(shù)字電路對地線上的噪聲很敏感，這種地線噪聲可能導致邏輯狀態(tài)錯誤。

設邏輯門2的輸出為低電平，當邏輯門1的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖綍r，會發(fā)生右圖所示的過程。數(shù)字電路的地線噪聲問題所示地線干擾的過程地線上的這些干擾電壓不僅會引起電路的誤動作，還會造成傳導和輻射發(fā)射。為了減小這些干擾的影響，必須盡量減小地線的阻抗。線路板上的軌線的阻抗也是由電阻成分與電感成分兩局部構(gòu)成的。當頻率較高時，電感成分形成的感抗稱為主導因素。因此當頻率較高時，軌線的寬度對阻抗的影響并不大。要減小軌線的阻抗，必須減小其電感成分。增加軌線的寬度可以減小電感，但是由于軌線的寬度與電感是對數(shù)關系，因此寬度變化對電感的影響并不大。假設寬度增加一倍，電感量僅減小20％。假設希望電感量減小為原來的50％，那么需要寬度要變成原來的5倍。當線路板上的空間足夠時，應該充分利用這種效果，但是要大幅度降低電感必須另辟途徑。將兩根導線并聯(lián)起來可以減小總的電感量。當兩個導體靠得很近時，互感等于單個導體的自感，總電感幾乎沒有減小。當兩個導體距離較遠時，互感可以忽略，總電感降低為原來的1/2。因此，多根導體并聯(lián)是一個降低地線電感更有效的方法。但是要注意并聯(lián)的導體不能靠得很近，一般兩根導線的距離大于1cm就能獲得比較好的效果。在線路板上實現(xiàn)這個概念的方法就是鋪設地線網(wǎng)格。地線網(wǎng)格的做法是在雙層印制板的兩面分別鋪設水平和垂直的地線，在它們交叉的地方用金屬化過孔連接起來，且每根平行導線之間的距離要大于1cm，

雙層線路板的地線網(wǎng)格從方法上講，應該首先鋪設地線網(wǎng)格，然后再鋪設信號走線。記住，地線并不一定要很寬，只要有一根就比沒有強。因為高頻情況下，導線的粗細并不是影響阻抗的決定性因素。不用擔憂過細的導線會增加直流電流的電阻，因為整個系統(tǒng)的地線由很多細線組成，實際的地線截面積是這些細線的總和。5.5搭接搭接是指導體間的低阻抗連接，只有良好的搭接才能使電路完成其設計功能，使干擾的各種抑制措施得以發(fā)揮作用。而不良搭接將向電路引入各種電磁干擾，因此在電磁兼容設計中，必須考慮搭接技術，以保證搭接的有效性、穩(wěn)定性及長久性。

接地就是指在兩點間建立導電的通路，把系統(tǒng)中的電工或電子元件互相連接起來，或把它們同時與某個稱作“地”的參考點連接起來。搭接那么是指在兩金屬外表間建立低阻抗的通路。因此，接地是一個電路概念，而搭接是這個概念的物理實現(xiàn)。例如，用一塊金屬片將設備的外殼和金屬框架連接起來，使兩者處于一個共同的電位點。也就是把要連接的兩點間搭接后，就可以實現(xiàn)電路與機殼、或電路與接地板之間的連接。5.5.1搭接的目的和分類搭接的目的在于為電流的流動安排一個電氣上連續(xù)的結(jié)構(gòu)面，以防止在相互連接的兩金屬之間形成電位差，因為這種電位差會產(chǎn)生電磁干擾。從一個設備的機殼到另一個設備的機殼、從設備的機殼到接地平面、在信號回線和地線之間、在電纜屏蔽層與地線之間，在接地平面與連接大地的地網(wǎng)或地樁之間，以及在靜電屏蔽層與地之間，都可以進行搭接。通過搭接可保證系統(tǒng)電氣性能的穩(wěn)定，有效地防止由雷電、靜電放電和電沖擊造成的危害，實現(xiàn)對射頻干擾的抑制?？梢赃@樣說，搭接使屏蔽、濾波等設計目標得以實現(xiàn)。實現(xiàn)