資深工程師講解:EMC設計之接地技巧
發布時間:2013-11-30 責任編輯:eliane
【導讀】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?下文由資深EMC設計工程師為您一針見血地道出接地問題的本質,分享EMC設計中的接地技巧。
幾乎每次的培訓和交流都會有人問到“老師,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,我們總不能像中國的廚師一樣,教徒弟炒菜時,用到的配料都是“少許”“顏色微黃”“微焦”等(deng)感(gan)覺(jiao)性(xing)詞(ci)語(yu)吧(ba),當(dang)然(ran)不(bu)是(shi)。為(wei)了(le)更(geng)好(hao)的(de)明(ming)了(le)接(jie)地(di)的(de)技(ji)巧(qiao)方(fang)法(fa),下(xia)文(wen)中(zhong)將(jiang)不(bu)再(zai)講(jiang)究(jiu)任(ren)何(he)的(de)文(wen)字(zi)技(ji)巧(qiao),而(er)是(shi)一(yi)針(zhen)見(jian)血(xue)的(de)道(dao)出(chu)接(jie)地(di)問(wen)題(ti)的(de)本(ben)質(zhi)來(lai)。
接地方式←接地目的←接地的功能,所以采取哪種接地方式,要看地是哪類地,這類地的作用目的是什麼,這兩個問題解決了,接地方式則可水到渠成。
jiedidemudejuedinglejiedifangshi。tongyangdedianlu,butongdemude,kenengdouyaocaiqubutongdejiedifangshi。zhegeguandianyidingjizhu。birutongyangdedianlu,yongzaibianxieshebeishang,jingdianleijixiefangbudiao,jiedidemudeshididianweijunheng;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,尤其是對於尖峰脈衝的高頻導通阻抗。
以下講解地的注意事項分成幾個獨立的觀點分別介紹,每一條的內容雖然簡單,建議一定反複讀上N遍,象麵對一杯好茶,讓心跳在60bpm以下的狀態,細細的品,感覺其中的美感和內涵。然後才可能從簡單的詞語中悟出深刻的道理來。
1、從性能分,接地分成四類:
安全接地、工作接地(數字地、模擬地、功率器件地)、防浪湧接地(雷擊浪湧、上電浪湧)、防靜電接地。
前文書中講過,“接地的目的決定了接地方式”,目的即指其實現的功能。基本上所有的接地都可以歸結到這四類裏麵來。每個接地前都要先明確該接地屬於哪一種。
2、接地追求的目標是地阻抗低、地穩定、地均衡。
地di阻zu抗kang低di很hen好hao理li解jie,用yong粗cu的de線xian纜lan即ji可ke,但dan有you一yi個ge問wen題ti一yi定ding不bu能neng忽hu視shi,比bi如ru我wo通tong過guo一yi個ge大da電dian感gan接jie地di了le,如ru果guo地di線xian上shang跑pao的de地di電dian流liu的de波bo動dong頻pin率lv是shi0.00000001Hz,這個大電感的感性效應表現得就很不明顯,等同於直接接地了,但如果波動電流是1000000Hz的話,感抗=jωL=j2πfL,就jiu顯xian得de很hen大da了le,這zhe種zhong情qing況kuang下xia,相xiang當dang於yu高gao頻pin接jie地di很hen差cha。各ge位wei看kan官guan可ke能neng會hui說shuo了le,你ni胡hu來lai吧ba你ni,誰shui會hui用yong個ge大da電dian感gan接jie地di呢ne,第di一yi是shi在zai某mou種zhong狀zhuang態tai下xia會hui有you這zhe種zhong方fang式shi的de,第di二er是shi即ji使shi不bu這zhe樣yang接jie個ge電dian感gan,普pu通tong電纜的走線電感在高頻下也是不容忽視的。總結為一句話,低頻接地≠高頻接地。即低阻抗的接地要分析是屬於高頻還是低頻的接地。
地(di)穩(wen)定(ding)是(shi)比(bi)較(jiao)好(hao)理(li)解(jie)的(de),一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo),接(jie)地(di)阻(zu)抗(kang)足(zu)夠(gou)低(di)的(de)話(hua),地(di)電(dian)流(liu)瀉(xie)放(fang)容(rong)易(yi),且(qie)不(bu)會(hui)在(zai)底(di)線(xian)上(shang)產(chan)生(sheng)啥(sha)子(zi)壓(ya)降(jiang),就(jiu)如(ru)一(yi)個(ge)超(chao)大(da)的(de)電(dian)容(rong),電(dian)荷(he)的(de)海(hai)洋(yang),具(ju)有(you)無(wu)限(xian)寬(kuan)廣(guang)的(de)胸(xiong)懷(huai),多(duo)少(shao)進(jin)來(lai)都(dou)波(bo)瀾(lan)不(bu)驚(jing)。
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地di均jun衡heng比bi較jiao容rong易yi被bei忽hu視shi,對dui於yu一yi個ge信xin號hao來lai說shuo,有you用yong部bu分fen是shi兩liang條tiao線xian上shang的de壓ya差cha,如ru果guo地di線xian漂piao移yi了le,兩liang條tiao線xian上shang對dui地di線xian的de壓ya差cha同tong等deng的de上shang升sheng或huo下xia降jiang,即ji差cha模mo電dian壓ya值zhi維wei持chi不bu變bian,共gong模mo電dian壓ya發fa生sheng變bian化hua,其qi實shi電dian路lu功gong能neng是shi照zhao常chang實shi現xian的de。就jiu像xiang水shui漲zhang船chuan高gao,您nin比bi我wo高gao3cm,站在船上,船上浮了,您依然還是高我3cm。zhezhongqingkuangzaijingdianfanghudeshihouchangyongdao,yigejingdianmaichongtongguokongqidadaodianlubanshang,zhenduijubudedianlu,juliyuanjindebutong,kendinghuidaozhichanshengjingdianganyingdeyacha。zheshihouyongyikuaijinshubangeyixiadehua,jishigaijinshubanfukong,duijinshubanhoumiandedianlubanlaishuo,ganyingdejiangshijunyundedianchang,suiranganyingganraorengrancunzai,danqimadianlushangshijibenjunhengde。dangranruguocijinshubanjiedigenghaola。dangrangongmodianyayibanbuhuiweichizhu,yinweichuanshuxiandezukangbujunyun,wangwanghuizhuanchengchamodianyaganrao,dijunhengdewentizuihaobuyaorangwomenmiandui,danmeibanfadeshihou,rufudishebei,budebushoudaojingdianchongjidedianluban,fanghushihouyaokaolvdijunhengwenti。
3、共地阻抗耦合幹擾
共gong地di阻zu抗kang耦ou合he幹gan擾rao是shi接jie地di裏li麵mian每mei天tian都dou要yao麵mian對dui的de核he心xin問wen題ti,並bing且qie幾ji乎hu逃tao避bi不bu開kai。就jiu像xiang電dian影ying院yuan裏li散san場chang的de時shi候hou,你ni從cong最zui裏li頭tou的de一yi號hao廳ting出chu來lai,沒mei幾ji個ge人ren,走zou來lai很hen通tong暢chang,突tu然ran二er號hao廳ting也ye散san場chang了le,一yi下xia子zi通tong道dao就jiu擁yong擠ji了le,再zai繼ji續xu前qian行xing,壞huai了le,三san號hao廳ting正zheng在zai放fang觀guan眾zhong入ru場chang,一yi下xia子zi,人ren流liu就jiu波bo動dong起qi來lai了le。這zhe和he共gong地di阻zu抗kang是shi一yi個ge原yuan理li,通tong道dao相xiang當dang於yu地di線xian,人ren相xiang當dang於yu電dian流liu。如ru果guo一yi、二、三號廳流動的人差不多,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,那進出三號廳的人員將會對一、二號廳人員流動速度的影響很大。一、二、三號艇的客人都要走過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,流過這段的地電流Io、Ia、Id三部分在這段會相互影響;如果這三個電流差別較大,差出了1-2個數量級的話,相互之間的影響就不可以忽視了,尤其是某個弱地電流支路是用於定量測量、放大或AD轉換電路的時候;圖2則把Id對另外兩個之路的影響隔離掉了;圖3則是三個地電流全部分別隔離了。

4、較通用型的接地方法
這個標題用了個“較”字zi,是shi有you原yuan因yin的de,因yin為wei通tong用yong的de接jie地di方fang法fa根gen本ben不bu存cun在zai,這zhe隻zhi是shi個ge基ji礎chu的de模mo型xing,真zhen正zheng使shi用yong中zhong的de時shi候hou,還hai需xu要yao結jie合he實shi際ji情qing況kuang靈ling活huo變bian通tong處chu理li,就jiu像xiang語yu言yan,同tong樣yang一yi句ju話hua“你討厭”,用不同語氣講出的時候,傳遞的信息可是千差萬別。基本思路是,在設計上,把安全保護地、工作數字地、工作模擬地、工作功率地、雷擊浪湧地、pingbidixianquebaogezidulidedandulianjie,zuihouzaixitongliantiaodeshihou,zaigenjugedizhijianyaojiejuedewenti,jigenjujiedidemude,jiangzhejigedianzhaoxialiedezhijiandelianjiefangshichulixia,lianjiefangshibaokuo:
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a地——地間黃綠導線直聯
這(zhe)種(zhong)接(jie)法(fa)最(zui)好(hao)理(li)解(jie),就(jiu)是(shi)簡(jian)單(dan)的(de)使(shi)兩(liang)個(ge)地(di)可(ke)靠(kao)的(de)低(di)阻(zu)抗(kang)導(dao)通(tong)。但(dan)切(qie)記(ji),此(ci)種(zhong)接(jie)法(fa)僅(jin)限(xian)於(yu)中(zhong)低(di)頻(pin)信(xin)號(hao)電(dian)路(lu)地(di)之(zhi)間(jian)的(de)接(jie)法(fa)。因(yin)為(wei)這(zhe)類(lei)導(dao)線(xian)上(shang)有(you)一(yi)定(ding)的(de)走(zou)線(xian)電(dian)感(gan)和(he)走(zou)線(xian)電(dian)阻(zu),對(dui)高(gao)頻(pin)波(bo)動(dong)地(di)電(dian)流(liu),在(zai)電(dian)感(gan)作(zuo)用(yong)下(xia),電(dian)纜(lan)起(qi)到(dao)的(de)是(shi)大(da)阻(zu)抗(kang)的(de)作(zuo)用(yong),相(xiang)當(dang)於(yu)低(di)頻(pin)接(jie)地(di),高(gao)頻(pin)下(xia)大(da)阻(zu)抗(kang)接(jie)地(di)了(le),基(ji)本(ben)不(bu)能(neng)實(shi)現(xian)高(gao)頻(pin)下(xia)的(de)可(ke)靠(kao)導(dao)通(tong)。
b地——地間寬扁平電纜直聯
扁bian平ping電dian纜lan主zhu要yao是shi解jie決jue上shang麵mian導dao線xian直zhi聯lian不bu能neng解jie決jue的de問wen題ti,靜jing電dian測ce試shi工gong作zuo台tai的de接jie地di電dian纜lan不bu用yong直zhi線xian就jiu是shi這zhe個ge道dao理li,它ta在zai高gao頻pin下xia可ke以yi實shi現xian地di阻zu抗kang對dui地di導dao通tong。
c地——地間大電阻連接
大電阻的特點是一旦電阻兩端出現壓差,就會產生很弱的導通電流,把地線上電荷瀉放掉之後,最終實現兩端的壓差=0V,這個特點在希望電荷瀉放,但又不希望快速瀉放的時候,會表現得淋漓盡致。生產工作現場的防靜電台墊,導通電阻一般是106-109歐,就是這個目的。防靜電台墊相當於是工作電路板的地與保護大地間的大電阻。c地——地(di)間(jian)電(dian)容(rong)連(lian)接(jie)電(dian)容(rong)的(de)特(te)性(xing)是(shi)直(zhi)流(liu)截(jie)止(zhi),交(jiao)流(liu)導(dao)通(tong),對(dui)希(xi)望(wang)實(shi)現(xian)這(zhe)類(lei)功(gong)能(neng)的(de)場(chang)合(he)可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)采(cai)取(qu)此(ci)方(fang)法(fa)。比(bi)如(ru)一(yi)個(ge)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)供(gong)電(dian)的(de)產(chan)品(pin),外(wai)殼(ke)和(he)保(bao)護(hu)接(jie)地(di)連(lian)接(jie),裏(li)麵(mian)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)地(di)有(you)雜(za)亂(luan)波(bo)動(dong)幹(gan)擾(rao),但(dan)又(you)無(wu)處(chu)瀉(xie)放(fang)的(de)話(hua),在(zai)24V、12V、5V等的直流電源地與保護接地間跨接大電容,波動可以被瀉放掉,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,效果可能會適得其反歐。
d地——地間磁珠連接
在(zai)這(zhe)裏(li),磁(ci)珠(zhu)的(de)特(te)性(xing)需(xu)要(yao)明(ming)確(que)一(yi)下(xia),很(hen)多(duo)工(gong)程(cheng)師(shi)經(jing)常(chang)把(ba)磁(ci)珠(zhu)與(yu)電(dian)感(gan)劃(hua)等(deng)號(hao),這(zhe)是(shi)根(gen)本(ben)性(xing)錯(cuo)誤(wu)。磁(ci)珠(zhu)等(deng)同(tong)於(yu)一(yi)個(ge)隨(sui)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)的(de)電(dian)阻(zu),它(ta)表(biao)現(xian)的(de)是(shi)電(dian)阻(zu)特(te)性(xing),是(shi)耗(hao)損(sun)性(xing)質(zhi)的(de);電dian感gan則ze是shi儲chu能neng性xing質zhi的de,相xiang當dang於yu銷xiao峰feng填tian穀gu。所suo以yi跨kua接jie磁ci珠zhu的de地di之zhi間jian一yi般ban是shi有you快kuai速su小xiao電dian流liu波bo動dong的de狀zhuang態tai,因yin為wei磁ci珠zhu會hui飽bao和he,電dian流liu太tai大da了le,它ta消xiao耗hao不bu了le。一yi般ban用yong在zai弱ruo信xin號hao的de地di——地之間。
e地——地間電感連接
電感具有抑製電路狀態變化的特性,通過電感的連接,可以銷峰填穀,對於有較大電流波動的地——地,跨接電感可以解決這個問題。
f地——地間小電阻連接
小電阻要解決的問題是增加了一個阻尼,阻礙地電流快速變化的過衝,在電流變化時候,使衝擊電流上升沿變緩,相當於晶振輸出端、總線輸出端為減少過衝振鈴的匹配電阻。
5、安全地、防雷擊浪湧接地的接法
因為雷擊浪湧、安全地的電流一般會遠大於信號電流對人的危害,這兩個接地建議分別單獨接到大地,在真正的大地處單點相接,尤其是防雷擊接地。
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