EMC設計之接地技巧

屏蔽、濾波、接地是EMC設計中常見(jiàn)的三大方法，其中接地作為電路設計*基礎的內容，卻幾乎沒(méi)人能夠說(shuō)得清楚，如何才能做好接地設計呢？下文由**EMC設計工程師為您一針見(jiàn)血地道出接地問(wèn)題的本質(zhì)，分享EMC設計中的接地技巧。

幾乎每次的培訓和交流都會(huì )有人問(wèn)到“老師，有沒(méi)有一種通用的接地方法可以參考??？”答案是肯定的：“沒(méi)有”。那咋辦呢，我們總不能像中國的廚師一樣，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，當然不是。為了更好的明了接地的技巧方法，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)。

接地方式←接地目的←接地的功能，所以采取哪種接地方式，要看地是哪類(lèi)地，這類(lèi)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。

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(guān)點(diǎn)一定記住。比如同樣的電路，用在便攜設備上，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)的設備上，一般會(huì )有**接地措施，對靜電泄放的接地目的是導通阻抗足夠低，尤其是對于尖峰脈沖的高頻導通阻抗。

以下講解地的注意事項分成幾個(gè)獨立的觀(guān)點(diǎn)分別介紹，每一條的內容雖然簡(jiǎn)單，建議一定反復讀上N遍，象面對一杯好茶，讓心跳在60bpm以下的狀態(tài)，細細的品，感覺(jué)其中的美感和內涵。然后才可能從簡(jiǎn)單的詞語(yǔ)中悟出深刻的道理來(lái)。

1、從性能分，接地分成四類(lèi)：

**接地、工作接地（數字地、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。

前文書(shū)中講過(guò)，“接地的目的決定了接地方式”，目的即指其實(shí)現的功能?；旧纤械慕拥囟伎梢詺w結到這四類(lèi)里面來(lái)。每個(gè)接地前都要先明確該接地屬于哪一種。

2、接地追求的目標是地阻抗低、地穩定、地均衡。

地阻抗低很好理解，用粗的線(xiàn)纜即可，但有一個(gè)問(wèn)題一定不能忽視，比如我通過(guò)一個(gè)大電感接地了，如果地線(xiàn)上跑的地電流的波動(dòng)頻率是0.00000001Hz，這個(gè)大電感的感性效應表現得就很不明顯，等同于直接接地了，但如果波動(dòng)電流是1000000Hz的話(huà)，感抗=jωL=j2πfL，就顯得很大了，這種情況下，相當于高頻接地很差。各位看官可能會(huì )說(shuō)了，你胡來(lái)吧你，誰(shuí)會(huì )用個(gè)大電感接地呢，**是在某種狀態(tài)下會(huì )有這種方式的，**是即使不這樣接個(gè)電感，普通電纜的走線(xiàn)電感在高頻下也是不容忽視的?？偨Y為一句話(huà)，低頻接地≠高頻接地。即低阻抗的接地要分析是屬于高頻還是低頻的接地。

地穩定是比較好理解的，一般來(lái)說(shuō)，接地阻抗足夠低的話(huà)，地電流瀉放容易，且不會(huì )在底線(xiàn)上產(chǎn)生啥子壓降，就如一個(gè)超大的電容，電荷的海洋，具有無(wú)限寬廣的胸懷，多少進(jìn)來(lái)都波瀾不驚。

地均衡比較容易被忽視，對于一個(gè)信號來(lái)說(shuō)，有用部分是兩條線(xiàn)上的壓差，如果地線(xiàn)漂移了，兩條線(xiàn)上對地線(xiàn)的壓差同等的上升或下降，即差模電壓值維持不變，共模電壓發(fā)生變化，其實(shí)電路功能是照常實(shí)現的。就像水漲船高，您比我高3cm，站在船上，船上浮了，您依然還是高我3cm。這種情況在靜電防護的時(shí)候常用到，一個(gè)靜電脈沖通過(guò)空氣打到電路板上，針對局部的電路，距離遠近的不同，肯定會(huì )導致產(chǎn)生靜電感應的壓差。這時(shí)候用一塊金屬板隔一下的話(huà)，即使該金屬板浮空，對金屬板后面的電路板來(lái)說(shuō)，感應的將是均勻的電場(chǎng)，雖然感應干擾仍然存在，但起碼電路上是基本均衡的。當然如果此金屬板接地更好啦。當然共模電壓一般不會(huì )維持住，因為傳輸線(xiàn)的阻抗不均勻，往往會(huì )轉成差模電壓干擾，地均衡的問(wèn)題*好不要讓我們面對，但沒(méi)辦法的時(shí)候，如浮地設備，不得不受到靜電沖擊的電路板，防護時(shí)候要考慮地均衡問(wèn)題。

3、共地阻抗耦合干擾

共地阻抗耦合干擾是接地里面每天都要面對的核心問(wèn)題，并且幾乎逃避不開(kāi)。就像電影院里散場(chǎng)的時(shí)候，你從*里頭的一號廳出來(lái)，沒(méi)幾個(gè)人，走來(lái)很通暢，突然二號廳也散場(chǎng)了，一下子通道就擁擠了，再繼續前行，壞了，三號廳正在放觀(guān)眾入場(chǎng)，一下子，人流就波動(dòng)起來(lái)了。這和共地阻抗是一個(gè)原理，通道相當于地線(xiàn)，人相當于電流。如果一、二、三號廳流動(dòng)的人差不多，相互之間影響不太大，但如果3號廳是大廳，人員是一、二號廳的好多倍，那進(jìn)出三號廳的人員將會(huì )對一、二號廳人員流動(dòng)速度的影響很大。一、二、三號艇的客人都要走過(guò)的這段路就成了共地阻抗。

以下圖為例，圖1中，RAB段的電阻就是共地阻抗部分，流過(guò)這段的地電流Io、Ia、Id三部分在這段會(huì )相互影響；如果這三個(gè)電流差別較大，差出了1-2個(gè)數量級的話(huà)，相互之間的影響就不可以忽視了，尤其是某個(gè)弱地電流支路是用于定量測量、放大或AD轉換電路的時(shí)候；圖2則把Id對另外兩個(gè)之路的影響隔離掉了；圖3則是三個(gè)地電流全部分別隔離了。

4、較通用型的接地方法

這個(gè)標題用了個(gè)“較”字，是有原因的，因為通用的接地方法根本不存在，這只是個(gè)基礎的模型，真正使用中的時(shí)候，還需要結合實(shí)際情況靈活變通處理，就像語(yǔ)言，同樣一句話(huà)“你討厭”，用不同語(yǔ)氣講出的時(shí)候，傳遞的信息可是千差萬(wàn)別?；舅悸肥?，在設計上，把**保護地、工作數字地、工作模擬地、工作功率地、雷擊浪涌地、屏蔽地先確保各自獨立的單獨連接，*后在系統聯(lián)調的時(shí)候，再根據各地之間要解決的問(wèn)題，即根據接地的目的，將這幾個(gè)地按照下列的之間的聯(lián)接方式處理下，連接方式包括：

a地——地間黃綠導線(xiàn)直聯(lián)

這種接法*好理解，就是簡(jiǎn)單的使兩個(gè)地可靠的低阻抗導通。但切記，此種接法**于中低頻信號電路地之間的接法。因為這類(lèi)導線(xiàn)上有一定的走線(xiàn)電感和走線(xiàn)電阻，對高頻波動(dòng)地電流，在電感作用下，電纜起到的是大阻抗的作用，相當于低頻接地，高頻下大阻抗接地了，基本不能實(shí)現高頻下的可靠導通。

b地——地間寬扁平電纜直聯(lián)

扁平電纜主要是解決上面導線(xiàn)直聯(lián)不能解決的問(wèn)題，靜電測試工作臺的接地電纜不用直線(xiàn)就是這個(gè)道理，它在高頻下可以實(shí)現地阻抗對地導通。

c地——地間大電阻連接

大電阻的特點(diǎn)是一旦電阻兩端出現壓差，就會(huì )產(chǎn)生很弱的導通電流，把地線(xiàn)上電荷瀉放掉之后，*終實(shí)現兩端的壓差=0V，這個(gè)特點(diǎn)在希望電荷瀉放，但又不希望快速瀉放的時(shí)候，會(huì )表現得****。生產(chǎn)工作現場(chǎng)的防靜電臺墊，導通電阻一般是106-109歐，就是這個(gè)目的。防靜電臺墊相當于是工作電路板的地與保護大地間的大電阻。c地——地間電容連接電容的特性是直流截止，交流導通，對希望實(shí)現這類(lèi)功能的場(chǎng)合可以考慮采取此方法。比如一個(gè)開(kāi)關(guān)電源供電的產(chǎn)品，外殼和保護接地連接，里面的電路板上的地有雜亂波動(dòng)干擾，但又無(wú)處瀉放的話(huà)，在24V、12V、5V等的直流電源地與保護接地間跨接大電容，波動(dòng)可以被瀉放掉，但直流成分能保證是較穩的；注意，這種情況下，保護地和外殼地的穩定不能保證的話(huà)，效果可能會(huì )適得其反歐。

d地——地間磁珠連接

在這里，磁珠的特性需要明確一下，很多工程師經(jīng)常把磁珠與電感劃等號，這是根本性錯誤。磁珠等同于一個(gè)隨頻率變化的電阻，它表現的是電阻特性，是耗損性質(zhì)的；電感則是儲能性質(zhì)的，相當于銷(xiāo)峰填谷。所以跨接磁珠的地之間一般是有快速小電流波動(dòng)的狀態(tài)，因為磁珠會(huì )飽和，電流太大了，它消耗不了。一般用在弱信號的地——地之間。

e地——地間電感連接

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(xiāo)峰填谷，對于有較大電流波動(dòng)的地——地，跨接電感可以解決這個(gè)問(wèn)題。

f地——地間小電阻連接

小電阻要解決的問(wèn)題是增加了一個(gè)阻尼，阻礙地電流快速變化的過(guò)沖，在電流變化時(shí)候，使沖擊電流上升沿變緩，相當于晶振輸出端、總線(xiàn)輸出端為減少過(guò)沖振鈴的匹配電阻。

5、**地、防雷擊浪涌接地的接法

因為雷擊浪涌、**地的電流一般會(huì )遠大于信號電流對人的危害，這兩個(gè)接地建議分別單獨接到大地，在真正的大地處單點(diǎn)相接，尤其是防雷擊接地。