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”dengganjiaoxingciyuba,dangranbushi。weilegenghaodeminglejiedidejiqiaofangfa,xiawenzhongjiangbuzaijiangjiurenhedewenzijiqiao,ershiyizhenjianxuededaochujiediwentidebenzhilai。
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(shi)0.00000001Hz,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,jiuxiandehendale,zhezhongqingkuangxia,xiangdangyugaopinjiedihencha。geweikanguankenenghuishuole,nihulaibani,shuihuiyonggedadianganjiedine,diyishizaimouzhongzhuangtaixiahuiyouzhezhongfangshide,diershijishibuzheyangjiegediangan,putong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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dijunhengbijiaorongyibeihushi,duiyuyigexinhaolaishuo,youyongbufenshiliangtiaoxianshangdeyacha,ruguodixianpiaoyile,liangtiaoxianshangduidixiandeyachatongdengdeshangshenghuoxiajiang,jichamodianyazhiweichibubian,gongmodianyafashengbianhua,qishidianlugongnengshizhaochangshixiande。jiuxiangshuizhangchuangao,ninbiwogao3cm,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”zi,shiyouyuanyinde,yinweitongyongdejiedifangfagenbenbucunzai,zhezhishigejichudemoxing,zhenzhengshiyongzhongdeshihou,haixuyaojieheshijiqingkuanglinghuobiantongchuli,jiuxiangyuyan,tongyangyijuhua“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
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
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。
相關閱讀:
搞定EMC的兩大關鍵:元器件選型和PCB設計
http://m.0-fzl.cn/emc-art/80021879
工程師經驗談:如何做好PCB的EMC設計?
http://m.0-fzl.cn/emc-art/80021903
經驗分享:隔離方法在EMC設計中的應用及注意事項
http://m.0-fzl.cn/emc-art/80021905
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