【導(dǎo)讀】電子設(shè)備的EMC問題主要包括主動發(fā)射和抗干擾兩方面問題,通常接地設(shè)計與所有EMC測試項目都有關(guān)系。接地可視為所有的PCB設(shè)計的基礎(chǔ),大部分的EMI問題皆可藉由良好的接地來解決。
1 前言
電子設(shè)備的EMC問題主要包括主動發(fā)射和抗干擾兩方面問題,通常接地設(shè)計與所有EMC測試項目都有關(guān)系。接地可視為所有的PCB設(shè)計的基礎(chǔ),大部分的EMI問題皆可藉由良好的接地來解決。
2 概述
屏蔽、濾波、接地是EMC設(shè)計中常見的三大方法,其中接地作為電路設(shè)計最基礎(chǔ)的內(nèi)容,卻幾乎沒人能夠說得清楚,如何才能做好接地設(shè)計呢?
經(jīng)常會有人問到“有沒有一種通用的接地方法可以參考?。?rdquo;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(dāng)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(zhì)來。
3 什么是“地”呢?
● 電子工程師:地是電路的基準(zhǔn)電壓——信號地;
● 結(jié)構(gòu)工程師:地是設(shè)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(shè)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(zhǔn),并以大地作為零電位,把電子設(shè)備的金屬外殼、電路基準(zhǔn)點與大地相連接。
2.另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”(信號地),接地就是指在系統(tǒng)與某個電位基準(zhǔn)面之間建立低阻的導(dǎo)電通路。
4 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(shù)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。
5 接地追求的目的
1.地線阻抗要盡量?。?/div>
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(shè)。
2.地線環(huán)路面積盡量?。?/div>
地線環(huán)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(tài),控制信號電流的回路面積減小天線效應(yīng)。
6 較通用的接地方法
基本思路是,在設(shè)計時,把安全保護地、工作數(shù)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(tǒng)接地的時候,再根據(jù)各地之間要解決的問題,即根據(jù)接地的目的,將這幾個地按照下列的之間的聯(lián)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(dāng)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(yù)先估計噪點頻率,以便選用適當(dāng)型號。對于頻率不確定或無法預(yù)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(tài),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(tài)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(dāng)于很窄的電流通路,能夠有效地限制環(huán)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。
7 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(shè)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(shè)備上,一般會有安全接地措施,對靜電泄放的接地目的是導(dǎo)通阻抗足夠低,尤其是對于尖峰脈沖的高頻導(dǎo)通阻抗。
這里有幾條經(jīng)驗可參考
1.控制系統(tǒng)宜采用一點接地。
一般情況下,高頻電路應(yīng)就近多點接地,低頻電路應(yīng)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(huán)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(chǎn)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(shù)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(tǒng)各個部分與大地浮置起來,這種方法簡單,但整個系統(tǒng)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(xiàn)起來比較復(fù)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(shù)。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊上的要求設(shè)計。
5.屏蔽地。
在控制系統(tǒng)中為了減少信號中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測和控制,對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)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(dǎo)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(yīng),其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合,一般接大地為好。當(dāng)信號電路是一點接地時,低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點接地。如果電纜的屏蔽層接地點有一個以上時,將產(chǎn)生噪聲電流,形成噪聲干擾源。
8 總結(jié)
接地首先要明白接地的功能,要實現(xiàn)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。
來源: 韜略科技EMC,作者:張小林、詹育云
來源: 韜略科技EMC,作者:張小林、詹育云
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