電磁兼容(EMC)-怎么從PCB的接地開始控制EMC問題

一 前言

電子設備的EMC問題主要包括主動發射和抗干擾兩方面問題，通常接地設計與所有EMC測試項目都有關系。接地可視為所有的PCB設計的基礎，大部分的EMI問題皆可藉由良好的接地來解決。

二 概述

屏蔽、濾波、接地是EMC設計中常見的三大方法，其中接地作為電路設計最基礎的內容，卻幾乎沒人能夠說得清楚，如何才能做好接地設計呢？

經常會有人問到“有沒有一種通用的接地方法可以參考啊？”答案是肯定的：“沒有”。那咋辦呢，我們總不能像廚師一樣，教徒弟炒菜時，用到的配料都是“少許”“顏色微黃”“微焦”等感覺性詞語吧，當然不是。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，而是一針見血的道出接地問題的本質來。

三 什么是“地”呢？

電子工程師：地是電路的基準電壓——信號地；

結構工程師：地是設備的金屬外殼——金屬機殼；

電工：地是大地，即地球——安全地。

電子設備的“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，并以大地作為零電位，把電子設備的金屬外殼、電路基準點與大地相連接。

2.另一種是“系統基準地”（信號地），接地就是指在系統與某個電位基準面之間建立低阻的導電通路。

四 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。

五 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。

2.地線環路面積盡量小：

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

六 較通用的接地方法

基本思路是，在設計時，把安全保護地、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，最后在系統接地的時候，再根據各地之間要解決的問題，即根據接地的目的，將這幾個地按照下列的之間的聯接方式處理，連接方式包括：

1.用磁珠連接；磁珠的等效電路相當于帶阻限波器，只對某個頻點的噪聲有顯著抑制作用，使用時需要預先估計噪點頻率，以便選用適當型號。對于頻率不確定或無法預知的情況，磁珠不合。同時跨接磁珠的地之間一般是有快速小電流波動的狀態，因為磁珠會飽和，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變化的特性，通過電感的連接，可以銷峰填谷，對于有較大電流波動的地對地，跨接電感可以解決這個問題。

4.用0歐姆電阻連接。0歐電阻相當于很窄的電流通路，能夠有效地限制環路電流，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)，這點比磁珠強。

七 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。這個觀點一定記住。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；用在不可移動的設備上，一般會有安全接地措施，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。這里有幾條經驗可參考：

1.控制系統宜采用一點接地。一般情況下,高頻電路應就近多點接地，低頻電路應一點接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是什么大問題，然而接地形成的環路的干擾影響很大，因此，常以一點作為接地點；但一點接地不適用于高頻，因為高頻時，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產生電感耦合。一般來說，頻率在1MHz以下,可用一點接地；高于10MHz時，采用多點接地；在1～10MHz之間可用一點接地，也可用多點接地。

2.交流地與信號地不能共用。由于在一段電源地線的兩點間會有數mV甚至幾V電壓，對低電平信號電路來說，這是一個非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。

3.浮地與接地的比較。全機浮空即系統各個部分與大地浮置起來，這種方法簡單，但整個系統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帶來干擾。還有一種方法，就是將機殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強，安全可靠，但實現起來比較復雜。

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，對于模擬信號可采用屏蔽浮技術。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴格按照操作手冊上的要求設計。

5.屏蔽地。在控制系統中為了減少信號中電容耦合噪聲、準確檢測和控制，對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。電場屏蔽解決分布電容問題，一般接大地；電磁場屏蔽主要避免雷達、電臺等高頻電磁場輻射干擾。利用低阻金屬材料高導流而制成，可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線圈等磁感應，其屏蔽方法是用高導磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。當信號電路是一點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應一點接地。如果電纜的屏蔽層接地點有一個以上時，將產生噪聲電流，形成噪聲干擾源。

八 總結

接地首先要明白接地的功能，要實現的目的，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，這兩個問題解決了，接地方式則可水到渠成。

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