EMC理論與實(shí)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(shí)體，其上各點(diǎn)之間不存在電位差，它可以作為系統(tǒng)中所有信號(hào)電平的參考點(diǎn)。理想接地面實(shí)際上是不存在的，因?yàn)榧词故请娮杪蕿榱愕某瑢?dǎo)體，其外表兩點(diǎn)之間的跨越時(shí)間延遲也會(huì)呈現(xiàn)某種電抗效應(yīng)。接地是指在系統(tǒng)的某個(gè)選定點(diǎn)與某個(gè)接地面之間建立導(dǎo)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(shè)備的平安。接地與屏蔽正確地結(jié)合起來(lái)，就能解決大局部電磁干擾問(wèn)題。電氣電子系統(tǒng)的性能通常取決于假設(shè)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(duì)其相互作用予以控制。假設(shè)電子系統(tǒng)中，各分系統(tǒng)(單設(shè)備)有一個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)，會(huì)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(gè)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(yīng)使系統(tǒng)的任何地方都能為設(shè)備提供公共的參考電位點(diǎn)，以消除不希望有的電壓。接地平面應(yīng)采用低阻抗材料(例如銅)制成，并有足夠的長(zhǎng)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(yīng)當(dāng)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(duì)多路發(fā)射機(jī)裝置要求用薄銅板作接地平面。對(duì)甚低頻發(fā)射機(jī)那么常常會(huì)遇到一些特殊問(wèn)題，需要采取獨(dú)特的解決方法。按地平面應(yīng)對(duì)大地呈現(xiàn)很大的電容。在組裝時(shí)接地平面應(yīng)延伸到所有設(shè)備底面的下方，而且要比該設(shè)備底面最大尺寸伸長(zhǎng)1.8m或更遠(yuǎn)。大功率發(fā)射機(jī)要求接地平面在徑向延伸到最低工作頻率1/4波長(zhǎng)，以便排除地電流，還需設(shè)計(jì)一條接地母線，以便為設(shè)備提供就近接地匯流點(diǎn)，該母線應(yīng)當(dāng)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(gè)系統(tǒng)有一個(gè)公共的零電位基準(zhǔn)面，并給高頻干擾電壓提供低阻抗通路，到達(dá)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(dá)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(xiǎn)。5.2接地的分類電路和用電設(shè)備的接地按其功能分成兩大類：平安接地和信號(hào)接地。平安接地：就是采用低阻抗的導(dǎo)體將用電設(shè)備的外殼連接到大地上，使操作使用人員不致因設(shè)備外殼漏電或故障放電而發(fā)生觸電危險(xiǎn)。平安接地還包括建筑物、輸電線鐵架、高大電力設(shè)備的接地，其目的是為了防止雷擊放電造成設(shè)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(shí)其電位保持為零。因此良好的平安接地能夠保證用電設(shè)備、各種設(shè)施和人身平安。信號(hào)接地：就是在系統(tǒng)和設(shè)備中、采用低阻抗的導(dǎo)線(或地平面)為各種電路提供具有共同參考電位的信號(hào)返回通路，使流經(jīng)該地線的各電路信號(hào)電流互不影響。表5.1接地種類

接地

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

信號(hào)接地（用于低電平敏感電路的接地）常用形式有：1.單點(diǎn)接地2.多點(diǎn)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(hào)頻率和導(dǎo)線本身的尺寸的不同，可將接地方式分為單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地和混合接地。單點(diǎn)接地適用于低頻，這時(shí)需抑制的信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)大于電子設(shè)備或?qū)w尺寸；多點(diǎn)接地適用于高頻，這時(shí)需抑制的信號(hào)波長(zhǎng)可與電子設(shè)備或?qū)w尺寸相比較，通常指時(shí)；混合接地是指一個(gè)設(shè)備中同時(shí)采用單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地，或指某個(gè)接地方案在低頻時(shí)呈現(xiàn)單點(diǎn)接地方式，在高頻時(shí)呈現(xiàn)多點(diǎn)接地方式。一些場(chǎng)合可以按設(shè)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(shè)備、高頻設(shè)備等；不接大地又稱懸浮接地，只在設(shè)備內(nèi)部自行接地，接地面與大地絕緣，如小型收錄機(jī)、吹風(fēng)機(jī)等。主要介紹平安接地和信號(hào)接地。其中平安接地主要從設(shè)備平安接地、防雷接地和接地的性能評(píng)價(jià)來(lái)討論。信號(hào)接地從單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地、混合接地以及懸浮地來(lái)分析。5.2.1平安接地平安接地主要關(guān)心的就是防止設(shè)備漏電的平安接地，防雷接地以及接地的有效性。1．防止設(shè)備漏電的平安接地機(jī)殼平安接地必要性示意圖任何高壓電器及電子設(shè)備的機(jī)殼和底座都應(yīng)當(dāng)接大地，以防止因漏電危及人身平安。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，可能導(dǎo)致設(shè)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(wú)破損情況下，人體電阻可達(dá)40-100kΩ，當(dāng)人體處于出汗、潮濕狀態(tài)時(shí)，人體電阻可降到1000Ω左右。通常，當(dāng)人體流過(guò)的0.2-1mA電流時(shí)，會(huì)感到麻電；流過(guò)5-20mA電流時(shí)，會(huì)發(fā)生肌肉痙攣，不能自控脫離帶電體；當(dāng)電流大于幾十毫安時(shí)，心肌那么會(huì)停止收縮和擴(kuò)張；如果電流與時(shí)間的乘積超過(guò)50mAS，便會(huì)造成觸電死亡。實(shí)用上，通常以電壓表示平安界限，例如，我國(guó)規(guī)定在沒有高度危險(xiǎn)的建筑物中，平安電壓為65V；在高度危險(xiǎn)的建筑物中為36V；在特別危險(xiǎn)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(wàn)一觸電時(shí)流經(jīng)人體的電流小于40mA。為了確保人身平安，必須將設(shè)備金屬外殼或機(jī)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(wàn)一設(shè)備漏電，當(dāng)人體接觸帶電外殼時(shí)，大局部漏電流將被接地電阻分流，使流過(guò)人體的電流大大減小，保障了人身平安。但是，在特別嚴(yán)重的情況下(例如強(qiáng)雷擊、高壓擊穿等)，接地電流過(guò)大時(shí)，上述接地系統(tǒng)仍舊可能危及人身平安。這是因?yàn)椋?dāng)很大的接地電流經(jīng)接地棒流入大地時(shí)，在接地棒周圍會(huì)產(chǎn)生流散電流和流散電場(chǎng)流散電流流經(jīng)地面，會(huì)產(chǎn)生人體兩腳跨步之間的電位差(跨步電壓)。假設(shè)接地電流太大，這個(gè)跨步電壓也可能導(dǎo)致人體觸電；而對(duì)設(shè)備和系統(tǒng)而言，“跨步電壓”可能導(dǎo)致連接于兩地的設(shè)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(tái)相應(yīng)的保護(hù)電器設(shè)備，進(jìn)行限流或保護(hù)。2．防雷接地

防雷擊是電氣和電子設(shè)備以及人身平安防護(hù)的最重要內(nèi)容之一，也是抗干擾考慮的重要問(wèn)題。防雷接地的目的就是把雷電引入大地，從而保護(hù)設(shè)備和人身平安，使之免遭雷擊，同時(shí)要求在消除雷擊的同時(shí)不要影響其它(如信號(hào))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(fù)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(fù)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(diǎn)發(fā)生，特別是在平地或水面上突出點(diǎn)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(biāo)受到破壞，如引起樹林火災(zāi)，金屬熔化，建筑物摧毀，設(shè)備損壞，人畜死亡等。防雷接地的作用在于把雷閃的強(qiáng)大電流引離這些敏感對(duì)象，導(dǎo)入大地，并使由此引起的流散電場(chǎng)降到平安水平以下。一次典型的雷閃約有個(gè)閃擊，每次閃擊的電流峰值為20kA，上升時(shí)間為0.5-2μs，寬度約為50μs，每次還擊的間隔為50ms，相應(yīng)的電磁波頻率為防止雷擊的措施，一般是采用避雷針。假設(shè)避雷針高度為h，那么保護(hù)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(dǎo)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(chǎng)。接地電阻自然愈小愈好，但要做得太低，太困難且不經(jīng)濟(jì)。實(shí)驗(yàn)說(shuō)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(shè)施得到保護(hù)。從抗干擾角度出發(fā)還必須注意，雷閃放電在建筑物或設(shè)施附近會(huì)導(dǎo)致電氣及電子設(shè)備損壞。雷閃的快上升時(shí)間及大電流脈沖所產(chǎn)生的電壓會(huì)到達(dá)足夠大的程度，使絕緣擊穿，造成人身傷害，并導(dǎo)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(dǎo)體或架空接地線并通過(guò)結(jié)構(gòu)構(gòu)件或通過(guò)接地電阻傳導(dǎo)耦合至電源線或信號(hào)線?！?〕磁感應(yīng)耦合?！?〕電容耦合。3．平安接地的性能評(píng)價(jià)必須檢驗(yàn)接地的有效性：平安接地的質(zhì)量好壞關(guān)系到人身平安和設(shè)施的平安。接地的目的就是為了使設(shè)備與大地有一條低阻抗的電流通路。接地的性能評(píng)價(jià)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(guān)。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(shè)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(shè)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(shuō)自然接地體與大地的接觸面積比較大，長(zhǎng)度也較長(zhǎng)，因此雜散電阻較小。往往比專門設(shè)計(jì)的接地體性能更好。同時(shí)還由于自然接地體與用電設(shè)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(duì)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(hào)比較弱而設(shè)備對(duì)干擾極為敏感的測(cè)控系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)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(dǎo)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(dǎo)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(jī)箱、機(jī)柜或機(jī)房)相連，下端埋入地下一般深度達(dá)3m-4m，棒長(zhǎng)一般2m-3m，離地面1m左右。為了減小接地電阻，有時(shí)將幾個(gè)接地體連接起來(lái)構(gòu)成組合接地體。接地柵網(wǎng)是由接地棒和電導(dǎo)網(wǎng)格構(gòu)成。柵網(wǎng)與地面上金屬構(gòu)件相連接，同時(shí)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(shè)于地基中。無(wú)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(lái)選擇，一般接地電阻應(yīng)小于10Ω。但按不同的接地目的，設(shè)備平安接地電阻一般應(yīng)在10Ω以下，對(duì)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(duì)于建筑物單獨(dú)裝設(shè)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(dǎo)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(guān)，而且與接地體附近的土壤特性有很大關(guān)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(guān)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(cè)定監(jiān)視。當(dāng)出現(xiàn)接地電阻不符合要求時(shí)，可以采用保持水分、化學(xué)鹽化和化學(xué)凝膠一種方法來(lái)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(cè)試儀進(jìn)行測(cè)定，也可以通過(guò)理論計(jì)算來(lái)估計(jì)它的數(shù)值。根據(jù)理論計(jì)算公式計(jì)算得到的數(shù)值，也可以作為設(shè)計(jì)接地體長(zhǎng)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(zhǎng)度；

ρ為上接的電阻率。

5.2.2信號(hào)接地

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

1．單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地是在一個(gè)電路或設(shè)備中，只有一個(gè)物理點(diǎn)被定義為參考接地點(diǎn)，其他但凡需要接地的點(diǎn)都被連接到這一點(diǎn)上。單點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單。但是單點(diǎn)接地的最大缺點(diǎn)是，當(dāng)系統(tǒng)工作頻率很高，以致波長(zhǎng)小到與系統(tǒng)與接地線長(zhǎng)度可以比較時(shí)〔如到達(dá)時(shí)1/4λ時(shí)〕，就不能用單點(diǎn)接地了。此時(shí)，這根接地線就好似是一根天線，通過(guò)它向外輻射電磁波，影響周圍設(shè)備和電路的工作，在這種情況下，應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)而采用多點(diǎn)接地。〔a〕并聯(lián)單點(diǎn)接地圖中有三個(gè)電路，每一個(gè)電路分別使用一根接地線將電路連接到設(shè)備的接地面上。三根接地線并聯(lián)在一點(diǎn)接地，這種接地方式稱為并聯(lián)單點(diǎn)接地，又稱星形單點(diǎn)接地。這種接地方式在低頻時(shí)最適用，因?yàn)楦麟娐分g的地電流不會(huì)形成公共阻抗耦合。缺點(diǎn)是要多根接地線。

〔b〕串聯(lián)單點(diǎn)接地串聯(lián)單點(diǎn)接地是將各電路的接地線串起來(lái)，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(diǎn)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(dāng)各電路的電平相差不大時(shí)可以使用。假設(shè)各電路的電平相差很多時(shí)，就不宜使用，因?yàn)楦唠娖诫娐穼?huì)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(diǎn)接地時(shí)，還應(yīng)注意把低電平的電路放在距接地點(diǎn)最近的地方，如圖中的A點(diǎn)，因?yàn)樵擖c(diǎn)最接近地電位在實(shí)際應(yīng)用中，單點(diǎn)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(dú)立接線排的單點(diǎn)接地系統(tǒng)〔并聯(lián)〕〔2〕用公共母線的單點(diǎn)接地系統(tǒng)〔串聯(lián)〕〔3〕用主接地板和支路接地板的單點(diǎn)接地〔1〕用獨(dú)立接線排的單點(diǎn)接地系統(tǒng)〔并聯(lián)〕在設(shè)施中各系統(tǒng)均以一獨(dú)立的接地排連接到設(shè)施的主接地板上，如下圖。各系統(tǒng)的分系統(tǒng)那么都單獨(dú)用接地線連接到系統(tǒng)的接地排上?！?〕用公共母線的單點(diǎn)接地系統(tǒng)〔串聯(lián)〕每個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的各分系統(tǒng)是單點(diǎn)接地，然后利用單根絕緣導(dǎo)線把每個(gè)系統(tǒng)的接地點(diǎn)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(diǎn)接地在設(shè)施中心安裝主接地板，設(shè)施中的各設(shè)備支路接地板都通過(guò)主干接地電纜接到該板上，而該板再與設(shè)施的大地電極連接。2．多點(diǎn)接地多點(diǎn)接地是指設(shè)備〔或系統(tǒng)〕中但凡需要接地的點(diǎn)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(zhǎng)度為最短。這里所說(shuō)的接地平面可以是設(shè)備的底板、專用接地母線。甚至是設(shè)備的框架。多點(diǎn)接地的這一特點(diǎn)使得它在高頻場(chǎng)合下的應(yīng)用有上佳表現(xiàn)〔而單點(diǎn)接地在低頻時(shí)的性能為最好〕。多點(diǎn)接地的形式比較簡(jiǎn)單，但對(duì)系統(tǒng)中的眾多接地線的維護(hù)提出了更高的要求。因?yàn)槿魏谓拥攸c(diǎn)上的腐蝕、松動(dòng)都會(huì)使接地系統(tǒng)出現(xiàn)高阻抗，從而使接地效果變差。多點(diǎn)接地是把需要接地的電路、單元和屏蔽體用多條通路和設(shè)備接地面相連。每個(gè)電路以最近的距離、用最短的導(dǎo)體連接到設(shè)備的接地面上，電路之間的接地點(diǎn)還可以相互連接。這樣，多點(diǎn)接地方式就降低了接地線的阻抗。由于單點(diǎn)接地方式的地線較長(zhǎng)，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(dāng)接地母線或接地線長(zhǎng)度大于信號(hào)波長(zhǎng)的0.11倍時(shí)，地線的阻抗值較大，帶來(lái)明顯的共阻抗干擾；地線長(zhǎng)度接近信號(hào)波長(zhǎng)的1/4倍時(shí)，接地線將起到發(fā)射天線的作用，向外輻射干擾信號(hào)。因此，高頻電路常采用多點(diǎn)就近接地方式，使每一段地線長(zhǎng)度都短于信號(hào)波長(zhǎng)的1/10，以防止天線效應(yīng)和盡可能降低地阻抗。多點(diǎn)接地除采用按地導(dǎo)體外，還可以利用設(shè)備的金屬結(jié)構(gòu)件、機(jī)架、外殼、同軸電纜的外導(dǎo)體等，這樣可以降低接地線阻抗，而且簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。3．懸浮接地采用懸浮接地的目的是將設(shè)備或電路與公共地或可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)體隔離開來(lái)。懸浮接地還可以使不同電位的電路間配合〔通過(guò)光耦或變壓器〕變的容易。懸浮接地的最大優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性能好。懸浮接地的主要缺點(diǎn)是設(shè)備不與公共接地直接連接，容易產(chǎn)生靜電積累，當(dāng)電荷積累到一定程度，設(shè)備與公共地之間的電位差會(huì)引起強(qiáng)烈的靜電放電，成為破壞性很強(qiáng)的干擾源。作為折中，可以采用懸浮接地的設(shè)備與公共地之間接進(jìn)一個(gè)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(shè)備中，懸浮接地指的是信號(hào)電路的零電位基準(zhǔn)面與其周圍的導(dǎo)體和大地是絕緣的。當(dāng)電路、單元對(duì)大地需要獲得高阻抗時(shí)，信號(hào)電路的接地面應(yīng)與平安接地線、設(shè)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(hào)接地面必須真正懸浮于大地才能到達(dá)有效地減小電磁干擾的目的。大型設(shè)備和高額電子設(shè)備因?yàn)榉植紖⒘繉?duì)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(lái)，形成暗流或火花放電，絕緣容易遭到破壞。頻率很高時(shí)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(shè)備一般不宜采用懸浮地。低頻、小型電子設(shè)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(shù)的提高，比較普遍地采用懸浮地。4.混合接地

單點(diǎn)接地的優(yōu)點(diǎn)和多點(diǎn)接地的缺點(diǎn)，促使人們想到了混合接地，即個(gè)別要求高頻接地的點(diǎn)選擇多點(diǎn)接地〔就近接地〕，其余各點(diǎn)都采用單點(diǎn)接地。所謂混合接地，要求設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)各局部工作情況做一個(gè)分析，只將那些需要就近接地的點(diǎn)直接〔或需要高頻接地的點(diǎn)通過(guò)旁路電容〕與接地平面相連。而其余各點(diǎn)都采用單點(diǎn)接地的方法。對(duì)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(zhǎng)度小于λ/4，只是一個(gè)根本考慮，究竟取多少長(zhǎng)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(diǎn)接地的應(yīng)用頻率范圍一般為300kHz以下，在有些場(chǎng)合也可用在3MHz以下；多點(diǎn)接地的應(yīng)用頻率范圍一般為300kHz以上，但在很多場(chǎng)合其使用頻率范圍為500kHz-30MHz；單點(diǎn)和多點(diǎn)的混合接地應(yīng)用頻率范圍為50kHz-10MHz。對(duì)于電子設(shè)備，如果該電子設(shè)備既有低頻電路又有高頻電路，這時(shí)也應(yīng)用混合接地方式。它把設(shè)備的地線分為兩大類：電源地和信號(hào)地。設(shè)備中各局部的電源地線都接到電源總地線上，所有的信號(hào)地都接到信號(hào)總地線上。兩根總線最后匯總到一個(gè)公共的入地點(diǎn)，即為大地電極。在信號(hào)地中，根據(jù)不同的工作頻率采用相應(yīng)的接地方式。如射頻、中頻放大器及中放、視頻局部采用多點(diǎn)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(diǎn)接地方式。從而實(shí)現(xiàn)了混合接地。5.3地環(huán)路問(wèn)題兩個(gè)不同的接地點(diǎn)之間有一定的電位差，稱為地電壓U，這是由于兩接地點(diǎn)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(huì)促使接地電流與地電壓的形成，因此也就會(huì)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(dǎo)線或金屬機(jī)殼的天線效應(yīng)等因素在地回路中形成共模干擾電壓，該干擾電壓通過(guò)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。抑制地回路干擾與接地點(diǎn)的選擇位置及接地點(diǎn)的個(gè)數(shù)有直接關(guān)系。因此在進(jìn)行接地設(shè)計(jì)時(shí)，必須進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)選擇，包括選擇接地點(diǎn)的位置及接地點(diǎn)的個(gè)數(shù)。為了抑制地回路干擾，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量減小公共接地阻抗，除恰當(dāng)?shù)倪x擇接地點(diǎn)的位置，盡量減少地回路。此外還可采用專門技術(shù)措施，以進(jìn)一步抑制地回路干擾。專門技術(shù)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(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)中有直流分量或很低的頻率分量時(shí)，就不能用隔離變壓器。因?yàn)楦綦x變壓器使直流和低頻信號(hào)無(wú)法通過(guò)，

只能采用共模扼流圈它能通過(guò)直流或低頻信號(hào)，而對(duì)地回路共模干擾電流卻呈現(xiàn)相當(dāng)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(gè)寄生電容的存在，實(shí)際的共模扼流圈對(duì)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(wèn)題5.4.1電路接地一個(gè)電路系統(tǒng)假設(shè)使用一很大的接地平面，那么在地平面不同點(diǎn)之間有可能存在較大的電勢(shì)差或電壓。電勢(shì)差的大小與流經(jīng)地平面的電流大小有關(guān)。所以，有必要對(duì)電路元件的接地進(jìn)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(gè)浮點(diǎn)接地系統(tǒng)可以防止地平面電勢(shì)差的干擾作用，并且在聲頻和低頻范圍可靠地工作。但是，當(dāng)頻率增加時(shí)，將會(huì)出現(xiàn)電容耦合，因而出現(xiàn)旁路。圖5.14對(duì)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(hào)發(fā)生器所構(gòu)成的回路之間，可產(chǎn)生一個(gè)電流，此電流是由穿過(guò)回路的磁場(chǎng)所引起。在數(shù)字電路中，經(jīng)常可以在低阻抗電平時(shí)發(fā)現(xiàn)這種情況。低阻抗電路與低阻抗的場(chǎng)(磁場(chǎng))的匹配要好于高阻抗電路與低阻抗場(chǎng)的匹配。然而，低阻抗電路很易使電流流動(dòng)，因此產(chǎn)生以上所述的耦合干擾。解決這類問(wèn)題的方法是減少低阻抗電路的環(huán)路面積，這可通過(guò)直接將電路模塊安裝在導(dǎo)電板上，并保持所有連接線在導(dǎo)電板附近。但是，這樣做會(huì)增加電容耦合，電容耦合是高阻抗電路所關(guān)心的一個(gè)主要問(wèn)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(shí)，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(fù)載感生噪聲，電源的一端必須很好地接地。

〔a〕兩負(fù)載公用一個(gè)電源供電情況〔b〕兩負(fù)載用各自獨(dú)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(gè)負(fù)載有一個(gè)單獨(dú)的電源，但通常是不允許的。比較經(jīng)濟(jì)又好的方法像圖(b)那樣的負(fù)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(yīng)滿足頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于去耦頻率。電源回線主要有兩種實(shí)施方法，即公共回線(通過(guò)接地系統(tǒng)或機(jī)殼)，也可用一根導(dǎo)線作電源回線。公共回路可以節(jié)省導(dǎo)線，但電流通過(guò)公共回線時(shí)，會(huì)在作為回線的接地平面或機(jī)殼上產(chǎn)生電壓降，可能高于電子系統(tǒng)中某些級(jí)的信號(hào)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(huì)碰到潛在的干擾問(wèn)題。采用專用一根導(dǎo)線作為電源回線時(shí)，其優(yōu)點(diǎn)是可以提供一個(gè)比較完善的單點(diǎn)接地，而不構(gòu)成復(fù)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(duì)于一個(gè)驅(qū)動(dòng)繼電器工作的電源系統(tǒng)，一般地講，這類電源不應(yīng)用于電子電路。這是由于繼電器的噪聲會(huì)出現(xiàn)在電源線中。但是，這類電源可用于指示燈，小馬達(dá)以及電磁開關(guān)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(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)在線圈中生成極性相反的很大的感應(yīng)電壓。當(dāng)斷開時(shí)，觸點(diǎn)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(guò)傳導(dǎo)或輻射的方式影響繼電器周圍的電路或電子系統(tǒng)。傳導(dǎo)干擾可采用隔離繼電器的方法克服掉。繼電器的工作會(huì)在電源線中產(chǎn)生電流的突然變化，因而有一相當(dāng)可觀的負(fù)載感應(yīng)干擾量。在單點(diǎn)接地的根底上，繼電器接地應(yīng)選擇電流最大的地點(diǎn)，這一地點(diǎn)通常是在電源處。電源線與回線應(yīng)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(wèn)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(chǎng)對(duì)傳輸線的影響，防止通信失效，噪音增大，傳輸誤碼，信號(hào)誤差等現(xiàn)象；另一方面也可以降低電纜內(nèi)傳輸信號(hào)對(duì)外的電磁輻射，減小對(duì)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(diǎn)接地，雙點(diǎn)接地以及多點(diǎn)接地1．屏蔽層接地產(chǎn)生的電場(chǎng)屏蔽〔一點(diǎn)和多點(diǎn)接地原那么〕屏蔽層的接地點(diǎn)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(dǎo)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(shí)產(chǎn)生更大的電場(chǎng)耦合，這是需要注意的。此外，當(dāng)頻率較高或電纜較長(zhǎng)時(shí)，還應(yīng)每隔λ/10〔λ為騷擾信號(hào)的波長(zhǎng)〕的距離接一次地。對(duì)屏蔽線的耦合2．屏蔽層接地產(chǎn)生的磁場(chǎng)屏蔽〔1〕一點(diǎn)接地原那么〔單端接地〕將A點(diǎn)與C點(diǎn)、B點(diǎn)以及D點(diǎn)分別用線連接起來(lái)，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(diǎn)接地原那么”。(2)兩點(diǎn)接地原那么〔雙端接地〕〔a〕電路原理圖〔b〕等效電路設(shè)是US騷擾電壓源，電流I1流過(guò)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(wú)電流通過(guò)，電流經(jīng)地面返回，屏蔽層不起作用。當(dāng)屏蔽層兩端接地，接地點(diǎn)為A點(diǎn)和B點(diǎn)，I1在A點(diǎn)將分兩路到達(dá)B點(diǎn)，再回到源端,屏蔽層外由I1和回流產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(shí)候采用一點(diǎn)接地〔單端接地〕還是兩點(diǎn)接地〔雙端接地〕，這就要看使用者是想要抑制空間電磁場(chǎng)對(duì)傳輸線的影響；還是降低電纜內(nèi)傳輸信號(hào)對(duì)外的電磁輻射3.地環(huán)路對(duì)屏蔽的影響地環(huán)路引起的噪聲電壓被串聯(lián)在信號(hào)回路中。采用三軸式屏蔽電纜可較好的解決這個(gè)問(wèn)題。這是因?yàn)檫@種電纜在芯線外有兩個(gè)互相絕緣的屏蔽層，內(nèi)屏蔽層用作信號(hào)回流線；外屏蔽層兩端接地，流過(guò)地環(huán)路電流，不會(huì)影響信號(hào)回路?！瞐〕電路原理圖〔b〕等效電路圖地環(huán)路對(duì)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(duì)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(diǎn)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(hào)有很多高次諧波，因此雖然數(shù)字電路的同步時(shí)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(shè)計(jì)要按高頻的情況處理。數(shù)字電路對(duì)地線上的噪聲很敏感，這種地線噪聲可能導(dǎo)致邏輯狀態(tài)錯(cuò)誤。

設(shè)邏輯門2的輸出為低電平，當(dāng)邏輯門1的輸出從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，會(huì)發(fā)生右圖所示的過(guò)程。數(shù)字電路的地線噪聲問(wèn)題所示地線干擾的過(guò)程地線上的這些干擾電壓不僅會(huì)引起電路的誤動(dòng)作，還會(huì)造成傳導(dǎo)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(dāng)頻率較高時(shí)，電感成分形成的感抗稱為主導(dǎo)因素。因此當(dāng)頻率較高時(shí)，軌線的寬度對(duì)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(duì)數(shù)關(guān)系，因此寬度變化對(duì)電感的影響并不大。假設(shè)寬度增加一倍，電感量?jī)H減小20％。假設(shè)希望電感量減小為原來(lái)的50％，那么需要寬度要變成原來(lái)的5倍。當(dāng)線路板上的空間足夠時(shí)，應(yīng)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(dǎo)線并聯(lián)起來(lái)可以減小總的電感量。當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體靠得很近時(shí)，互感等于單個(gè)導(dǎo)體的自感，總電感幾乎沒有減小。當(dāng)兩個(gè)導(dǎo)體距離較遠(yuǎn)時(shí)，互感可以忽略，總電感降低為原來(lái)的1/2。因此，多根導(dǎo)體并聯(lián)是一個(gè)降低地線電感更有效的方法。但是要注意并聯(lián)的導(dǎo)體不能靠得很近，一般兩根導(dǎo)線的距離大于1cm就能獲得比較好的效果。在線路板上實(shí)現(xiàn)這個(gè)概念的方法就是鋪設(shè)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(shè)水平和垂直的地線，在它們交叉的地方用金屬化過(guò)孔連接起來(lái)，且每根平行導(dǎo)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(yīng)該首先鋪設(shè)地線網(wǎng)格，然后再鋪設(shè)信號(hào)走線。記住，地線并不一定要很寬，只要有一根就比沒有強(qiáng)。因?yàn)楦哳l情況下，導(dǎo)線的粗細(xì)并不是影響阻抗的決定性因素。不用擔(dān)憂過(guò)細(xì)的導(dǎo)線會(huì)增加直流電流的電阻，因?yàn)檎麄€(gè)系統(tǒng)的地線由很多細(xì)線組成，實(shí)際的地線截面積是這些細(xì)線的總和。5.5搭接搭接是指導(dǎo)體間的低阻抗連接，只有良好的搭接才能使電路完成其設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中，必須考慮搭接技術(shù)，以保證搭接的有效性、穩(wěn)定性及長(zhǎng)久性。

接地就是指在兩點(diǎn)間建立導(dǎo)電的通路，把系統(tǒng)中的電工或電子元件互相連接起來(lái)，或把它們同時(shí)與某個(gè)稱作“地”的參考點(diǎn)連接起來(lái)。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(gè)電路概念，而搭接是這個(gè)概念的物理實(shí)現(xiàn)。例如，用一塊金屬片將設(shè)備的外殼和金屬框架連接起來(lái)，使兩者處于一個(gè)共同的電位點(diǎn)。也就是把要連接的兩點(diǎn)間搭接后，就可以實(shí)現(xiàn)電路與機(jī)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(dòng)安排一個(gè)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?yàn)檫@種電位差會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。從一個(gè)設(shè)備的機(jī)殼到另一個(gè)設(shè)備的機(jī)殼、從設(shè)備的機(jī)殼到接地平面、在信號(hào)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(jìn)行搭接。通過(guò)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(shí)現(xiàn)對(duì)射頻干擾的抑制。可以這樣說(shuō)，搭接使屏蔽、濾波等設(shè)計(jì)目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)