淺談地線對造成EMI干擾的影響
發(fā)布日期:2023-04-27
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隨著電子產(chǎn)品的功能越來越復雜，所需要的模塊和元器件也越來越多，但是就是由于這些原因，導致了我們的地被不斷的分割，雖然四層板可以有一個完整的地平面，但是我們所需要的過孔也多，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的問題的因素。
二地的概念
傳統(tǒng)的定義是電路正常工作時需要一個電壓的參考點，人們把這個稱作地，這個點叫做參考電位?，F(xiàn)在，隨著電子設備的普及，電磁干擾問題也越來越嚴重。地的術語也越來越廣，例如濾波地、屏蔽地、回流地、安全地等各種叫法。總的來說地就是電源電流、信號電流的回流路徑。
三地線形成干擾的原因
1.地線阻抗的不平衡 說到地線的阻抗，很多人會想到一個典型的規(guī)范，就是接地電阻要小于4Ω。但是請注意了，傳統(tǒng)上我們提到接地電阻要小于4Ω，是針對安全地而言的，較小的接地電阻保證了在出現(xiàn)故障電流時不會出現(xiàn)過大的電壓，不會對人體造成傷害。另外，較小的接地電阻還保證了在配電系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時能夠產(chǎn)生較大短路電流，觸發(fā)保護裝置。本文討論地線阻抗并不是為了安全的目的，而是針對地線阻抗對電路系統(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，我們先來回顧一下地線的阻抗。
通過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（長度）這三個因素決定的。ρ材料的電阻率一般導線制作出來就已經(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線的橫截面積和導線的長度。根據(jù)公式:
可知交流電阻阻值的大小頻率也有關系。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)主要是導線的長度和導線的直徑。因此決定導線的阻抗的因素我們也知道了，所以在電路中各個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 地線電位真實情況
圖2我們的感覺就像是地理書上的地貌的分布，其實這是PCB板上的地阻抗的分布，可以看到，不同的地阻抗所對應的電位不一樣。因此我們 步的理解就是地阻抗的不平衡，導致了地的電位不一樣，地與地之間產(chǎn)生了電位差。這個電位差可以等效成一個電源信號，這個電源信號在地的阻抗下，產(chǎn)生了地電流，這個地電流就是我們所說的地噪聲。地噪聲的存在可以通過一些線束或空間輻射輻射出來，這樣我們在測試CE或RE時不能通過測試。 2.地環(huán)路的干擾地環(huán)路干擾是一種較常見的干擾現(xiàn)象，常常發(fā)生在通過較長電纜連接的相距較遠的設備之間。其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是地環(huán)路電流的存在。圖3中設備1-互聯(lián)電纜-設備2-地線構成了一個回路。需要注意的是，有時候地環(huán)路并不明顯，即使兩臺設備沒有同時連接到同一個金屬體，甚至兩臺設備都沒有連接到同一個金屬體上，地環(huán)路也可能存在。因為設備與地線面之間存在著雜散電容，這些雜散電容構成了電流的通路。
圖3 地環(huán)路干擾形成
根據(jù)上圖3可以看出I1和I2就是地電流通過設備1、設備2與地之間的寄生電容形成了一個環(huán)路。對于圖2所示的非平衡電路，I1和I2經(jīng)過輸入阻抗后形成噪聲電壓VN,對電路形成干擾。 四
形成環(huán)路電流的原因
1.當兩個設備的接地點不同時，由于兩個接地點的電位不同，在兩個設備的接地點之間形成電壓，在這個電壓的驅動下形成了地環(huán)路電流，如圖4所示。這個地線電壓的形成是由于作為地的導體上流過了較大的電流，電流在導體阻抗上形成電壓。形成這個電流的常見機理包括，地線設計不良的建筑物中地線上流過了工作電流；機柜上發(fā)生了靜電放電現(xiàn)象，靜電放電電流流過機柜上搭接點；雷電在飛機、艦船等殼體上感應出電流，等等。上節(jié)討論的雷電導致的地電位不同是一種 極端的情況。
2.如圖4所示，當一個設備的接地線上電壓較大時，這個電壓驅動了地環(huán)路電流，這種情況很常見，它通常由兩個原因產(chǎn)生
（1）浪涌泄放電流流過地線。前面提到，為了保護設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器。當線路上出現(xiàn)浪涌電壓時，浪涌抑制器就會起作用，把浪涌能量旁路到大地，浪涌電流（可達幾千安培）就會在地線上產(chǎn)生電壓，這種電壓可以很高，甚至會達到干擾數(shù)字電路的程度。
（2）靜電放電電流。當機殼上發(fā)生靜電放電時，放電電流會流過安全地線，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，因此會產(chǎn)生很高的地線電壓，造成嚴重的干擾問題。
3.當互聯(lián)設備處在較強的交變電磁場中時，根據(jù)電磁感應定律，交變磁場會在這個回路中產(chǎn)生感應電壓V=l（dp/dt），l是回路的電感，p是磁通量。在這個電壓驅動下，在設備1-互聯(lián)電纜-設備2-地形成的環(huán)路中感應出環(huán)路電流，
五總結
上面說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。所以我們在設計產(chǎn)品時要考慮地該怎么畫，怎樣的回路才是 正確的，這樣就大大減少我們后面過 時減少一定的成本.
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