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。
接jie地di的de目mu的de決jue定ding了le接jie地di方fang式shi。同tong樣yang的de電dian路lu,不bu同tong的de目mu的de,可ke能neng都dou要yao采cai取qu不bu同tong的de接jie地di方fang式shi。這zhe個ge觀guan點dian一yi定ding記ji住zhu。比bi如ru同tong樣yang的de電dian路lu,用yong在zai便bian攜xie設she備bei上shang,靜jing電dian累lei積ji泄xie放fang不bu掉diao,接jie地di的de目mu的de是shi地di電dian位wei均jun衡heng;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。
diwendingshibijiaohaolijiede,yibanlaishuo,jiedizukangzugoudidehua,didianliuxiefangrongyi,qiebuhuizaidixianshangchanshengshaziyajiang,jiuruyigechaodadedianrong,dianhedehaiyang,juyouwuxiankuanguangdexionghuai,duoshaojinlaidoubolanbujing。
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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(gao)3cm,站在船上,船上浮了,您依然還是高我3cm。這zhe種zhong情qing況kuang在zai靜jing電dian防fang護hu的de時shi候hou常chang用yong到dao,一yi個ge靜jing電dian脈mai衝chong通tong過guo空kong氣qi打da到dao電dian路lu板ban上shang,針zhen對dui局ju部bu的de電dian路lu,距ju離li遠yuan近jin的de不bu同tong,肯ken定ding會hui導dao致zhi產chan生sheng靜jing電dian感gan應ying的de壓ya差cha。這zhe時shi候hou用yong一yi塊kuai金jin屬shu板ban隔ge一yi下xia的de話hua,即ji使shi該gai金jin屬shu板ban浮fu空kong,對dui金jin屬shu板ban後hou麵mian的de電dian路lu板ban來lai說shuo,感gan應ying的de將jiang是shi均jun勻yun的de電dian場chang,雖sui然ran感gan應ying幹gan擾rao仍reng然ran存cun在zai,但dan起qi碼ma電dian路lu上shang是shi基ji本ben均jun衡heng的de。當dang然ran如ru果guo此ci金jin屬shu板ban接jie地di更geng好hao啦la。當dang然ran共gong模mo電dian壓ya一yi般ban不bu會hui維wei持chi住zhu,因yin為wei傳chuan輸shu線xian的de阻zu抗kang不bu均jun勻yun,往wang往wang會hui轉zhuan成cheng差cha模mo電dian壓ya幹gan擾rao,地di均jun衡heng的de問wen題ti最zui好hao不bu要yao讓rang我wo們men麵mian對dui,但dan沒mei辦ban法fa的de時shi候hou,如ru浮fu地di設she備bei,不bu得de不bu受shou到dao靜jing電dian衝chong擊ji的de電dian路lu板ban,防fang護hu時shi候hou要yao考kao慮lv地di均jun衡heng問wen題ti。
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、屏ping蔽bi地di先xian確que保bao各ge自zi獨du立li的de單dan獨du連lian接jie,最zui後hou在zai係xi統tong聯lian調tiao的de時shi候hou,再zai根gen據ju各ge地di之zhi間jian要yao解jie決jue的de問wen題ti,即ji根gen據ju接jie地di的de目mu的de,將jiang這zhe幾ji個ge地di按an照zhao下xia列lie的de之zhi間jian的de聯lian接jie方fang式shi處chu理li下xia,連lian接jie方fang式shi包bao括kuo:
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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
bianpingdianlanzhuyaoshijiejueshangmiandaoxianzhilianbunengjiejuedewenti,jingdianceshigongzuotaidejiedidianlanbuyongzhixianjiushizhegedaoli,tazaigaopinxiakeyishixiandizukangduididaotong。
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zai24V、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
zaizheli,cizhudetexingxuyaomingqueyixia,henduogongchengshijingchangbacizhuyudianganhuadenghao,zheshigenbenxingcuowu。cizhudengtongyuyigesuipinlvbianhuadedianzu,tabiaoxiandeshidianzutexing,shihaosunxingzhide;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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搞定EMC的兩大關鍵:元器件選型和PCB設計
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工程師經驗談:如何做好PCB的EMC設計?
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