隨著電子產(chǎn)品的功能越來(lái)越復(fù)雜，所需要的模塊和元器件也越來(lái)越多，但是就是由于這些原因，導(dǎo)致了我們的地被不斷的分割，雖然四層板可以有一個(gè)完整的地平面，但是我們所需要的過(guò)孔也多，不需要的雜散的參數(shù)更多，這些雜散的參數(shù)和地的不平衡造成EMI的問(wèn)題的因素。
二地的概念
傳統(tǒng)的定義是電路正常工作時(shí)需要一個(gè)電壓的參考點(diǎn)，人們把這個(gè)稱作地，這個(gè)點(diǎn)叫做參考電位。現(xiàn)在，隨著電子設(shè)備的普及，電磁干擾問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。地的術(shù)語(yǔ)也越來(lái)越廣，例如濾波地、屏蔽地、回流地、安全地等各種叫法�？偟膩�(lái)說(shuō)地就是電源電流、信號(hào)電流的回流路徑。
三地線形成干擾的原因
1.地線阻抗的不平衡 說(shuō)到地線的阻抗，很多人會(huì)想到一個(gè)典型的規(guī)范，就是接地電阻要小于4Ω。但是請(qǐng)注意了，傳統(tǒng)上我們提到接地電阻要小于4Ω，是針對(duì)安全地而言的，較小的接地電阻保證了在出現(xiàn)故障電流時(shí)不會(huì)出現(xiàn)過(guò)大的電壓，不會(huì)對(duì)人體造成傷害。另外，較小的接地電阻還保證了在配電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時(shí)能夠產(chǎn)生較大短路電流，觸發(fā)保護(hù)裝置。本文討論地線阻抗并不是為了安全的目的，而是針對(duì)地線阻抗對(duì)電路系統(tǒng)電磁兼容性的影響。那么地線的阻抗如何造成電磁干擾呢？首先，我們先來(lái)回顧一下地線的阻抗。
通過(guò)上面的公式我們可以地線阻抗的大小是由哪些參數(shù)決定的，RDC是導(dǎo)線上的直流電阻值，jwL是感抗。由于RDC是ρ（電阻率）、S（橫截面積）、L（長(zhǎng)度）這三個(gè)因素決定的。ρ材料的電阻率一般導(dǎo)線制作出來(lái)就已經(jīng)固定了，銅的電阻率為1。所以在直流電中影響電阻的阻值就是導(dǎo)線的橫截面積和導(dǎo)線的長(zhǎng)度。根據(jù)公式:
可知交流電阻阻值的大小頻率也有關(guān)系。那決定感抗的因素有哪些呢？
根據(jù)公式:
決定感量的因數(shù)主要是導(dǎo)線的長(zhǎng)度和導(dǎo)線的直徑。因此決定導(dǎo)線的阻抗的因素我們也知道了，所以在電路中各個(gè)地方的地阻抗的不一致就是以上的因素所決定的。那么，我們來(lái)看一下地阻抗的不平衡如何產(chǎn)生電磁干擾的。
圖2 地線電位真實(shí)情況
圖2我們的感覺(jué)就像是地理書上的地貌的分布，其實(shí)這是PCB板上的地阻抗的分布，可以看到，不同的地阻抗所對(duì)應(yīng)的電位不一樣。因此我們 步的理解就是地阻抗的不平衡，導(dǎo)致了地的電位不一樣，地與地之間產(chǎn)生了電位差。這個(gè)電位差可以等效成一個(gè)電源信號(hào)，這個(gè)電源信號(hào)在地的阻抗下，產(chǎn)生了地電流，這個(gè)地電流就是我們所說(shuō)的地噪聲。地噪聲的存在可以通過(guò)一些線束或空間輻射輻射出來(lái)，這樣我們?cè)跍y(cè)試CE或RE時(shí)不能通過(guò)測(cè)試。 2.地環(huán)路的干擾地環(huán)路干擾是一種較常見(jiàn)的干擾現(xiàn)象，常常發(fā)生在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間。其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是地環(huán)路電流的存在。圖3中設(shè)備1-互聯(lián)電纜-設(shè)備2-地線構(gòu)成了一個(gè)回路。需要注意的是，有時(shí)候地環(huán)路并不明顯，即使兩臺(tái)設(shè)備沒(méi)有同時(shí)連接到同一個(gè)金屬體，甚至兩臺(tái)設(shè)備都沒(méi)有連接到同一個(gè)金屬體上，地環(huán)路也可能存在。因?yàn)樵O(shè)備與地線面之間存在著雜散電容，這些雜散電容構(gòu)成了電流的通路。
圖3 地環(huán)路干擾形成
根據(jù)上圖3可以看出I1和I2就是地電流通過(guò)設(shè)備1、設(shè)備2與地之間的寄生電容形成了一個(gè)環(huán)路。對(duì)于圖2所示的非平衡電路，I1和I2經(jīng)過(guò)輸入阻抗后形成噪聲電壓VN,對(duì)電路形成干擾。 四
形成環(huán)路電流的原因
1.當(dāng)兩個(gè)設(shè)備的接地點(diǎn)不同時(shí)，由于兩個(gè)接地點(diǎn)的電位不同，在兩個(gè)設(shè)備的接地點(diǎn)之間形成電壓，在這個(gè)電壓的驅(qū)動(dòng)下形成了地環(huán)路電流，如圖4所示。這個(gè)地線電壓的形成是由于作為地的導(dǎo)體上流過(guò)了較大的電流，電流在導(dǎo)體阻抗上形成電壓。形成這個(gè)電流的常見(jiàn)機(jī)理包括，地線設(shè)計(jì)不良的建筑物中地線上流過(guò)了工作電流；機(jī)柜上發(fā)生了靜電放電現(xiàn)象，靜電放電電流流過(guò)機(jī)柜上搭接點(diǎn)；雷電在飛機(jī)、艦船等殼體上感應(yīng)出電流，等等。上節(jié)討論的雷電導(dǎo)致的地電位不同是一種 極端的情況。
2.如圖4所示，當(dāng)一個(gè)設(shè)備的接地線上電壓較大時(shí)，這個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)了地環(huán)路電流，這種情況很常見(jiàn)，它通常由兩個(gè)原因產(chǎn)生
（1）浪涌泄放電流流過(guò)地線。前面提到，為了保護(hù)設(shè)備免受浪涌電壓的損害，需要在電纜的端口安裝浪涌電壓保護(hù)器。當(dāng)線路上出現(xiàn)浪涌電壓時(shí)，浪涌抑制器就會(huì)起作用，把浪涌能量旁路到大地，浪涌電流（可達(dá)幾千安培）就會(huì)在地線上產(chǎn)生電壓，這種電壓可以很高，甚至?xí)_(dá)到干擾數(shù)字電路的程度。
（2）靜電放電電流。當(dāng)機(jī)殼上發(fā)生靜電放電時(shí)，放電電流會(huì)流過(guò)安全地線，由于靜電放電電流具有很高的頻率，地線呈現(xiàn)很大的感抗，因此會(huì)產(chǎn)生很高的地線電壓，造成嚴(yán)重的干擾問(wèn)題。
3.當(dāng)互聯(lián)設(shè)備處在較強(qiáng)的交變電磁場(chǎng)中時(shí)，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，交變磁場(chǎng)會(huì)在這個(gè)回路中產(chǎn)生感應(yīng)電壓V=l（dp/dt），l是回路的電感，p是磁通量。在這個(gè)電壓驅(qū)動(dòng)下，在設(shè)備1-互聯(lián)電纜-設(shè)備2-地形成的環(huán)路中感應(yīng)出環(huán)路電流，
五總結(jié)
上面說(shuō)明的地線的形成干擾的原因主要是低阻抗的不平衡、地回路面積的大小。所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)要考慮地該怎么畫，怎樣的回路才是 正確的，這樣就大大減少我們后面過(guò) 時(shí)減少一定的成本. |
