电磁兼容中接地技术详解

电磁兼容中接地技术详解

接地是电路或系统正常工作的基本技术要求之一，也是EMC性能高低之关键因素。在电子设备中，合理地应用接地技术，能抑制电磁噪声，大大提高系统的抗干扰能力，减少EMI。并且良好的接地对电磁场有很好的屏蔽作用，能释放设备机壳上积累的大量的电荷，从而避免产生静电放电效应。

在设计一个产品时，在设计期间就考虑到接地是最经济的方法。一个设计良好的接地系统，不仅从PCB，而且能从系统的角度防止辐射和进行系敏感度的防护。

有关接地系统所关心的重要领域包括：

①通过对高频元件的仔细布局，减小电流环路的面积或使其极小化。

②对PCB或系统分区时，使高带宽的高频电路与低频电路分开。

③设计PCB或系统时，使干扰电流不通过公共的接地回路影响其他电路。

④仔细选择接地点以使环路电流，接地阻抗及电路的转移阻抗最小。

⑤把通过接地系统的电流考虑为注入或从电路中流出的噪声。

⑥把非常敏感的（低噪声容限）的电路连接到一稳定的接地参考源上。

首先了解一下接地的分类及相关定义，根据接地的作用不同，将设备的“地”分成以下3大类：

工作地

工作接地是为电路正常工作而提供的一个基准电位。该基准电位可以设为电路系统中的某一点、某一段或某一块等。当该基准电位不与大地连接时,视为相对的零电位。这种相对的零电位会随着外界电磁场的变化而变化,从而导致电路系统工作的不稳定。当该基准电位与大地连接时,基准电位视为大地的零电位而不会随着外界电磁场的变化而变化。

根据电路的性质，将工作接地分为不同的种类，比如直流地、交流地、数字地、模拟地、信号地、功率地、电源地等。上述不同的接地应当分别设置。

这里重点介绍信号地和功率地：

信号地是各种物理量的传感器和信号源零电位的公共基准地线。信号地的较好定义是信号流回源的一个低阻抗路径。这个定义突出了电流的流动。当电流流过有限阻抗时，必然会导致电压降，因此这个定义反映了实际地线上的电位情况。

功率地是负载电路或功率驱动电路的零电位的公共基准地线。由于负载电路或功率驱动电路的电流较强、电压较高，所以功率地线上的干扰较大。因此功率地必须与其它弱电地分别设置。

安全地

安全接地即将机壳接大地。一是防止机壳上积累电荷，产生静电放电而危及设备和人身安全；二是当设备的绝缘损坏而使机壳带电时，促使电源的保护动作而切断电源，以便保护工作人员的安全。

有时，为防止雷击而设置避雷针,以防止雷击时危及设备和人身

安全。为安全考虑,要直接接在大地上。

出于电磁兼容需要接地

除了设备工作和安全保护之外，有时设计人员对设备还需要采取一些措施，比如屏蔽、滤波等，这些也是需要接地的，因此有时还用到下面的地。

（1）屏蔽接地：电路之间由于寄生电容必须进行必要的隔离和屏蔽，提供给这些隔离和屏蔽的金属的地线。屏蔽与接地应当配合使用，才能起到屏蔽的效果。屏蔽接地主要包括电路的屏蔽罩接地、电缆的屏蔽层接地和系统的屏蔽体接地。

（2）滤波接地：滤波器中一般都包含信号线和电源线到地的旁路电容，提供给这些旁路电容的接地，如果不接地，这些旁路电容就出于悬浮状态，起不到旁路的作用。

（3）噪声和干扰抑制：对内部噪声和外部干扰的控制需要设备和系统上的许多点与地相连，从而为干扰信号提供最低阻抗的通道。

（4）静电接地：非导电用的导体器件接地，泄放静电和防止接受无线电波再发射。

根据上述的接地分类情况，我们发现其实接地的真正功能主要有两个，那就是提供安全和信号“零电位”两种作用，因此可以更通俗

易懂的将接地分为“安全地”和“信号地”两种。安全地是为了设备电气安全，一般与大地相连，保证接地的设备与大地处于同一个电位；信号地是为了电路能够正常工作，不一定与大地相连接，可以是任何定义为电位参考点的位置。

8.1.3 接地方式

接地没有一个很系统的理论或模型，人们在考虑接地时只能依靠他过去的经验或从书上看到的经验。接地的方法很多，具体使用那一种方法取决于系统的结构和功能。接地的方式可以分为三种：单点接地，多点接地和混合接地。其中单点接地可以分为串联单点接地和并联单点接地两种，如图所示。 信号接地方式

单点接地

单点接地连接是指在产品的设计中，接地线路与单独一个参考点相连，该点常常以地球为参考，如图所示。

单点接地要求每个电路只接地一次，并且接在同一点，并设置一个安全接地螺栓，防止来自两个不同子系统( 有不同的参考电平) 中的电流与射频电流经过同样的返回路径，从而导致共阻抗耦合。

信号接地方式

多点接地 单点接地 混合接地

串联单点接地 并联单点接地

为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连（浮地式除外）。

单点接地

工作频率低（<1MHz）的采用单点接地式，这意味着分布传输阻抗的影响是极小的。

单点接地有两种类型，一种是串联单点接地，另一种是并联单点接地。如图8-3所示。

单点接地的分类

串联单点接地的干扰：

A 点的电位是：

1321)(R I I I V A ++=

B 点的电位是：

2321321)()(R I I R I I I V B ++++=

C 点的电位是：

332321321)()(R I R I I R I I I V C +++++=

从公式中可以看出，A 、B 、C 各点的电位是受电路工作电流影响的，随各电路的地线电流而变化。尤其是C 点的电位，十分不稳定。

串联接地是一个串级链结构，这种结构允许各个子系统的接地参考之间公共阻抗耦合，会出现较严重的共模耦合噪声，同时由于对地分布电容的影响，会产生并联谐振现象，大大增加地线的阻抗。

这种接地方式虽然有很大的问题，却是实际中最常见的，因为它十分简单。如果存在多种不同功率等级的电路，那么就不能采用这种接地技术，因为大功率电路产生大的回地电流，将影响低功率器件和电路。如果说一定要采取这种接地方法，那么最敏感的电路必须直接设置在电源输入位置处（A 点），这点电位是最稳定的，并且尽量远