電磁兼容設計電磁兼容設計電磁兼容設計接地與搭接接地是抑制電磁干擾，提高電子設備電磁兼容性的重要手段。正確的接地既能抑制干擾的影響，又能抑制設備向外發射干擾；反之，錯誤的接地反而會引入嚴重的干擾，甚至使電子設備無法正常工作。1、接地及其分類電子設備中的“地”有兩個方面的含義：一是“大地”：就是以地球的電位作為基準，把設備的外殼、線路選定點等通過接地線、接地極等組成的接地裝置與大地相連接。接地的含義一是“系統基準地”：是指信號回路的基準導體（金屬底座、機殼、屏蔽罩、粗銅線等），并設該基準導體電位為相對零電位，但不是大地零電位，稱為系統地。接地的要求理想的接地應使流經地線的各個電路、設備的電流互不影響，不形成地電流回路，避免電路、設備受磁場和地電位差的影響。理想的基準導體（接地平面）必須是一個零電位、零阻抗的物理實體，其上各點之間不應存在電位差。可以為系統中的任何位置的信號提供公共的電位參考點。實際的接地平面只是一種近似。良好的接地不一定要和大地具有相同的電位。某些情況下也不一定非要和大地連接。接地平面和大地相連往往出于以下的考慮：提高電子設備電路系統工作的穩定性，保證電路穩定工作。泄放因靜電感應在機殼上積累的電荷，避免形成高壓導致設備內部放電而造成的干擾。為操作人員提供安全保障。接地的要求接地分類安全接地信號接地設備安全接地接零保護接地防雷接地單點接地多點接地混合接地懸浮接地2、安全接地設備安全接地是安全接地的一種。為了人、機安全，對于高壓電氣設備、電子設備的機殼、底座要安全接地。避免高電壓直接接觸設備外殼或避免由于內部絕緣損壞造成的漏電打火使機殼帶電。示例1：機箱通過雜散電容帶電V2=V1*[Z2/（Z1+Z2）]V2：機箱上的電壓V1：電路中高壓部件的電壓Z1：高壓部件與機箱間的雜散阻抗Z2：機箱與大地間的阻抗V1Z1V2Z2機箱機箱通過雜散電容帶電V2取決于Z1和Z2的大小，若Z2比Z1大得多，則V2就接近V1，危及操作人員的人身安全。因為：Z2>>Z1所以有：V2=V1*[Z2/Z2]=V1因此，控制Z2，使其盡量小，是非常重要的。示例2：機箱因絕緣擊穿而帶電右圖是帶有保險絲的電源線對電子設備供電若機箱不接地，一旦絕緣層被擊穿，操作人員觸及機箱，將發生觸電現象。若機箱接地，大量的電流使保險絲燒斷，機箱不帶電，保證安全。機箱絕緣擊穿220V人體干燥時阻抗40－100K歐人體出汗時阻抗＞＝1000歐人體安全直流電流50mA（100mA時將出現死亡）人體安全交流電流15－20mA人體安全直流電壓36V人體安全交流電壓12V通常接地電阻值5－10歐（小于人體阻抗，分流作用）接零保護接地用電設備通常采用220V（單相三線制）或380V（二相四線制）電源提供電力，如下圖所示。設備的金屬外殼除了正常的接地之外，還應與電網零線相連接，稱為接零保護。方法是：在“火線”上接有保險絲，負載電流經火線到負載再經零線返回。還有一根線是安全地線。單相三線制供電線路220V火線零線地線機殼四線制供電線路火線火線零線地線機殼安全接地的有效性接地是否有效取決于接地電阻，阻值越小越好。通常小于10歐。設備安全接地的接地電阻一般小于10歐；1000V以上的電力線路要求小于0.5歐；防雷接地為10－25歐；建筑物單獨裝設的避雷器接地電阻小于25歐。防雷接地防雷接地就是將建筑物等設施和電氣設備的外殼與大地連接，將雷電電流引入大地，從而保護設施、設備和人身安全，使之免遭雷擊，同時消除雷擊電流竄入信號接地系統，以避免影響電氣設備的正常工作。安全接地的有效性接地電阻屬于分布電阻：由接地導線電阻、接地體電阻、大地雜散電阻組成。大地雜散電阻起主要作用。所以接地電阻大小不僅與接地體的大小、形狀、材料有關，與接地體附近的土壤特性、大氣狀況有關。常見的接地體有接地樁、接地網、地下水管等。3、導體阻抗的頻率特性導體的幾何形狀直流電阻與交流電阻關系導線的直流電阻：圓導線和扁平導體直流電阻分別為：直流電阻與交流電阻關系由于趨膚效應（SkinEffect）影響，導體的高頻電阻將遠大于直流電阻其中，為趨膚深度。扁平導體的高頻交流電阻為：K為寬厚之比，對于實心單導體的直流電阻與交流電阻的關系可以廣義描述為：相對電阻與頻率的關系導體電感圓導體交流內電感：圓導體外電感圓導體直流內電感：扁平導體外電感在電子設備中，有四種接地方式，單點接地多點接地浮地混合接地2.3、基本的接地方式單點接地單點接地是指整個電路系統中，只有一個物理點被定義為接地參考點，其它各個需要接地點都直接接到這個點上，電路1電路2電路3單點接地比如：在系統中，有多個機柜，每個機柜的地是獨立的，在每個機柜的內部，接地系統是采用單點接地的方式，最后再把整個系統中的各個機柜連接到一個唯一的接地參考點上。單點接地的條件當系統的工作頻率很高時，工作波長短到與系統的接地平面的尺寸或接地引線的長度可比擬時，就不能再采用單點接地的方式。單點接地的條件因為當地線的長度接近1/4波長時，它就象一根終端短接的傳輸線，地線上的電流、電壓呈駐波分布，此時的地線變成了輻射天線，不能起到接地的作用。因此，對于單點接地，必須分析存在于系統中的信號的頻譜成份和干擾頻譜。低頻電路采用單點接地分并聯式和串聯式兩種并聯式單點接地（放射式單點接地）并聯式單點接地就是將需要接地的各部分分別以接地導線直接連到電位基準點，一般是直流電源的負極或零伏點。并聯式單點接地電路1電路2電路3ABC電路1電路2電路3ABCR1R2R3并聯式單點接地在右圖中：VA=I1R1VB=I2R2VC=I3R3可見，因各電路間的地電流互不干擾，故各接地點的電位也不受其他接地點電位影響，故并聯式單點接地是低頻電路最佳接地方式.電路1電路2電路3ABCR1R2R3特點：在低頻時能有效地避免各單元間的地阻抗干擾。缺點是：接地線多而長，會導致設備體積增大、重量增加、成本提高。在高頻時，相鄰的地線間的耦合增強，易造成各單元間的相互干擾。串聯式單點接地電路1電路2電路3ABCR1R2R3電路1電路2電路3ABCI3I3+I2I3+I2+I1串聯式單點接地串聯式單點接地是用一公共接地線接到電位的基準點，需要接地的部分就近接到該公共接地線上。這種接地方式簡單，省工省料，但因各單元共用一條線，易引起公共地阻抗干擾。從抑制干擾的角度看，串聯式單點接地是性能最差的接地方式。串聯式單點接地在右圖中，VA=（I1+I2+I3）R1VB=（I1+I2+I3）R1+（I2+I3）R2VC=VA+VB+I3R3三個接地點的電位不為零，相差多且影響大。與并聯式單點接地相差很大。R1R2R3電路1電路2電路3ABCI3I3+I2I3+I2+I1多點接地多點接地是指電子設備（系統）中各個接地點都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引線的長度最短。其中接地平面可以是設備的底板、貫通整個系統的接地母線、或大型設備的結構框架。電路1電路2電路3高頻電路，采用多點接地信號的頻率提高使短地線也有較大阻抗，同時由于分布電容存在，難以實現單點接地。右圖是在高頻時的并聯式單點接地。由于寄生電感、電容、引線阻抗等的存在，會引起諧振效應。電路1電路2電路3高頻電路，采用多點接地在高頻時，應盡可能地減少地線的長度，使高頻阻抗最小。一般在高頻電路中，都以鍍銀底板作為接地線，以減小表面阻抗。電路2電路1電路3優點：電路結構簡單接地線上可能出現的高頻駐波現象顯著減少缺點：采用多點接地后，設備內部形成許多地線回路，它們對設備內較低頻率電路會產生不良的影響。易產生接地回路的共模干擾.多點接地懸浮接地設備的信號接地系統與安全接地系統隔離以避免安全接地回路的干擾電流影響信號接地回路。圖中各個電路的系統與地連通，但與大地絕緣。電路1電路2電路3電源線系統地線懸浮接地缺點：懸浮接地的有效性取決于實際的對地懸浮程度，不能適應復雜的電磁環境，由于一個較大的電子系統對地有較大的對地分布電容，因而很難保證真正的懸浮接地。懸浮接地當發生雷擊或靜電感應時，在電路與金屬箱體之間會產生很高的電位差，可能導致絕緣較差的部位被擊穿，甚至引起電弧。懸浮接地對于低頻、小型設備，容易做到真正的絕緣，比較普遍地采用懸浮接地的接地方式。大型及高頻電子設備則不宜采用浮地方式。混合接地為適應電子線路在高低頻兩個方面的工作特性，需要采取轉換接地的方式。比如：一個低電平視頻電路，當從音頻轉換到高頻時，就需要從低頻時的單點接地轉換到高頻時的多點接地。低頻時，寄生電容呈現高阻抗，而高頻時，此電容呈現低阻抗，從而增加了一個接地.電路和系統接地方法的選擇良好的接地應盡量避免形成不必要的回路，并要盡量減小電路共同使用的接地阻抗所產生的干擾電壓。高頻和低頻的區分由=300/f決定的最短波長來決定。當所需的最長連接線長L>/20米時，屬于高頻，應采用多點接地方法。當L</20米時，屬于低頻，應采用單點接地。高頻和低頻的區分根據經驗：頻率低于1MHz時，采用單點接地好。在高于10MHz時，應采用多點接地。對于在1-10MHz之間時，只要最長接地線的長度小于/20，則可采用單點接地方案以避免公共阻抗耦合。屏蔽體接地一接地的放大器和一個不接地的信號源相連接.UG1為放大器公共端對地的電位.UG2為兩個接地點的電位差.連接電纜的芯線和屏蔽層之間存在分布電容而產生騷擾耦合.U12外來電壓的騷擾電壓.屏蔽體接地電纜屏蔽層的接地(1)頻率低于1MHz時,電纜屏蔽層的接地一般采用一端接地方式，以防止騷擾電流流經電纜屏蔽層，使信號電路受到干擾。另外，一端接地可避免騷擾電流通過電纜屏蔽層形成地環路，從而防止磁場的騷擾。屏蔽體接地A點接地：屏蔽層的騷擾電流將因此直接流入一條芯線，產生騷擾電壓，并且該騷擾電壓與信號電壓是串聯的。

屏蔽體接地

B點接地：加至放大器輸入端的騷擾電壓UG1和UG2，由C1和C12分壓，放大器輸入端的騷擾電壓為此接地方式不理想。屏蔽體接地C點接地：加至放大器輸入端的騷擾電壓UG1，由C1和C12分壓，放大器輸入端的騷擾電壓為此接地方式仍不理想。屏蔽體接地D點接地：放大器輸入端沒有騷擾電壓存在。則當電路有一個不接地的信號源與一個接地的放大器連接時，電纜的屏蔽層應該接至放大器的公共端。同理，當電路有一個接地的信號源與一個不接地的放大器連接時，電纜的屏蔽層應該接至信號源的公共端。低頻時,屏蔽雙絞線和同軸電纜的屏蔽體接地方案:在放大器的公共端接地在信號源的公共端接地

(2)高頻時,當大于1MHz或電纜長度超過信號波長的1/20時,將采用多點接地.常采用兩點接地方案.高頻時由于存在雜散電容的耦合也會形成環路,此時電纜屏蔽層通過雜散電容已被接地.電纜屏蔽層的接地屏蔽體的一端接地具有電場屏蔽作用.但并不能限制磁場。屏蔽體的兩端接地,才具有磁屏蔽作用:即利用屏蔽體上的電流產生的磁場,與中心導線上的電流所產生的磁場大小相等,方向相反,則相互抵消.兩端接地,使屏蔽體提供一條電流回路.屏蔽體接地屏蔽體兩端接地和等效電路MABIGRLI1RSLS等效電路屏蔽導線的實際表示屏蔽體接地為了求IS，由等效電路沿環路A→LS→RS→B→A列出方程:由于得到屏蔽體接地其中定義屏蔽體截止頻率對上式求模值

屏蔽體接地

當時,即流經屏蔽層的電流近似等于中心導線的電流.這兩個電流產生的屏蔽體外部的磁場相互抵消,使屏蔽層外部磁場為零,從而起到防止磁輻射的作用.當時,即流經屏蔽層的電流很小,大部分電流流經地面,這時屏蔽導線的磁屏蔽作用很小.屏蔽體接地屏蔽層一端接地,另一端與中心導線連接.此時中心導線的返回電流全部流經屏蔽層.這種接地方法的磁屏蔽效果好.地回路干擾兩個不同的接地點之間存在一定的電位差,稱為地電壓.(1)接地公共阻抗產生的干擾地回路干擾這是由于兩接地點之間存在一定的阻抗.地電流在接地公共阻抗產生地電壓,并直接加到電路上形成共模干擾電壓.直流電源、高頻信號源接地阻抗小，不考慮地面阻抗電磁騷擾考慮地面阻抗地回路干擾一般情況不考慮被干擾回路的電流在接地公共阻抗上的作用,即電流在接地公共阻抗上產生騷擾電壓為：此電壓使被干擾回路的負載受到的干擾電壓為地回路干擾(2)地電流與地電壓的形成電子設備一般采用金屬板作為接地面,接地面總存在地電流,兩接地之間由于存在阻抗,從而產生干擾電壓.接地電流是產生接地干擾的根源.其產生接地電流的原因有:(a)導電耦合兩點或多點接地,形成接地回路.地回路干擾(b)電容耦合電路元器件與接地面之間存在雜散電容,通過電容形成接地回路.地回路干擾(c)電容耦合電路元器件與接地面之間存在雜散電容,通過電容形成接地回路.電容耦合地回路干擾(d)電磁耦合形成感應電流

電路中的線圈與靠近的設備殼體之間的電磁感應產生感應電流.殼體相當于一匝的二次線圈,它和一次線圈之間形成變壓器耦合.地回路干擾(e)金屬導體的天線效應形成地電流輻射電磁場照射,在金屬導體上產生感應電動勢,此時,由于金屬導體的天線效應.傳輸線連接的設備置于地面附近時,外界電磁場作用,將形成共模干擾電壓,通過地回路影響受干擾電路,形成了地回路干擾.接地點選擇放大器與信號源的接地點選擇A、B之間的電壓UGRC1、RC2為信號源與放大器連接導線的電阻放大器輸入端的電壓UN=US+UGRC2UGUNUSRC1AB放大器與信號源連接電路接地點選擇(1)A、B點接地RC1=RC2=1歐姆兩接地之間的電阻RG=0.01歐姆信號內電阻RS=500歐姆放大器的輸入電阻RL=10K歐姆RC2UGUNUSRC1AB放大器與信號源等效電路RSRLRG因為RC2《RS+RC1+RL，電流絕大部分流經RC2，可得到C點到地的電壓為進一步可得到放大器輸入端的干擾電壓RSRC1RC2RGUGBUNCA當UG=10mVUN=9.4mV表明接地干擾幾乎全部加在放大器輸入端。則接地電壓對放大器輸入端的干擾電壓為（2）將信號源與放大器隔離，即在信號源與地之間加阻抗ZSG，則接地電壓對放大器輸入端的干擾電壓為RSRC1RC2RGUGBUNCAZSG當ZSG》RC2+RG時，放大器輸入端的干擾電壓值降低。因此，采用信號源與地隔離，放大器輸入端一點接地，可抑制接地干擾電壓對放大器輸入端的干擾。RSRC1RC2RGUGBUNCAZSG諧振回路接地點的選擇并聯諧振回路內部的電流是外部電流的Q倍，其中Q為諧振回路的品質因數。QiQi諧振回路接地點的選擇當諧振回路內部的電流較大時，如果將諧振回路的電感L和電容C分別接地，這樣會造成在接地回路中有高頻大電流通過，從而產生很強的地回路干擾。QiQi諧振回路接地點的選擇如果將諧振回路的電感L和電容C取一點接地，這樣使諧振回路本身形成一個閉合回路。諧振回路須單點接地。高頻大電流不通過接地面，可有效地抑制地回路干擾。QiQiiiii地線回路中的干擾及抑制技術1、地線回路中的電磁干擾在地線回路中，由于實際的接地平面都具有一定的阻抗，因此會在整個回路當中產生一定的共模和差模的干擾。地線回路中的干擾及抑制技術2、抑制地回路耦合電磁干擾的技術。在對地回路耦合的干擾抑制方法中，主要用以下的方法：隔離。浮地技術。地線回路中的干擾及抑制技術1、在信號電路中使用隔離變壓器圖中兩個電路都要在公共接地面上接地，若直接用導線連接，將會構成如圖所示的接地回路。電路1電路2ABCD地電流回路1、信號電路中使用隔離變壓器電路1電路2ABCD變壓器耦合等效電路UGVsCRLUN信號電路中使用隔離變壓器對于上面的電路，在原來的地線中干擾電壓Vi的回路被變壓器隔斷，減小了由此產生的電磁干擾。由于變壓器只能傳輸交流信號，它對地線中的低頻干擾具有較好的抑制能力。對于高頻干擾，則因分布電容的影響而使抑制能力下降。隔離變壓器由電路分析的疊加原理，可不考慮信號電壓的傳輸,只考慮地回路電壓UG。變壓器繞組之間存在分布電容C。地回路電壓UG產生的地回路電流為

為地回路電壓的角頻率。隔離變壓器在RL上的電壓為可得到其模值隔離變壓器(1)沒有采用隔離變壓器時,干擾電壓UG全部加到RL上(2)采用隔離變壓器時,RL上的電壓為UN,對地回路干擾起到了抑制作用。使,則抑制干擾能力強.方法：減小分布電容C，可以在變壓器之間加一電屏蔽。同時將電屏蔽接地,來消除電屏蔽與繞組之間存在分布電容。使用中和變壓器傳輸信號當傳輸的信號中含有直流分量或信號頻率很低時，由于變壓器只能傳輸交流信號，所以此時不能使用隔離變壓器。此時應將變壓器以縱向扼流圈的形式接入信號傳輸線中，即中和變壓器。使用中和變壓器傳輸信號電路1電路2干擾電流干擾電流信號電流縱向扼流圈由兩個繞向相同，匝數相同的繞組構成，常采用雙線并繞。使用中和變壓器傳輸信號等效電路UGUsRLML1L2RC1RC2(1)信號電流在兩繞組流過時方向相反，為異模電流，產生的磁場相互抵消，扼流圈呈現低阻抗。因此，扼流圈對信號電流不起扼流作用。直流或低頻信號可通過。使用中和變壓器傳輸信號等效電路UGUsRLML1L2RC1RC2(2)地線中的干擾電流通過兩個繞組時，因流過方向相同，為共模電流，產生的磁場相加，扼流圈對地回路干擾電流呈現高阻抗。因此，扼電流圈對地回路干擾起抑制作用。中和變壓器傳輸信號由等效電路，縱向扼流圈可用電感L1、L2及互感M表示。因兩繞組相同，且在同一鐵芯上形成耦合，則L1=L2=M，UG為地電位。IGML1L2ISRC2ABRLIS-IGUS縱向扼流圈對信號電壓US的影響中和變壓器傳輸信號(a)首先考慮縱向扼流圈對信號電壓US的影響。此時可暫不考慮UG。因RC1與RL串聯，且RC1《RL，則RC1忽略不計。IGML1L2ISRC2ABRLIS-IGUS縱向扼流圈對信號電壓US的影響縱向扼流圈對信號電壓US的影響

信號電流IS通過負載RL后分兩路，一部分IG入地，另一部分IS-IG流經RC2、L2。流經RC2、L2的回路有因L1=L2=M，由上式得到縱向扼流圈對信號電壓US的影響

幅值取時的角頻率為，即為扼流圈的截止頻率。當時，這時絕大部分信號電流經RC2、L2?？v向扼流圈對信號電壓US的影響

由信號回路得到方程取L1=L2=M得到因為且當時，縱向扼流圈對信號電壓US的影響

上式可為當扼流圈的電感L較大，使信號頻率時，上式表明流經RL的信號電流IS不受縱向扼流圈的影響?？v向扼流圈對回路電壓UG的抑制(b)分析縱向扼流圈對地回路電壓的UG抑制，此時可不考慮信號電壓。等效電路見右圖。I2ML1L2I1RC2RLU1=I1RLUG縱向扼流圈對回路電壓UG的抑制(1)不加扼流圈時，地回路干擾電壓UG全部加到RL上。(2)加扼流圈時,流經加扼流圈兩個繞組的干擾電流分別為I1、I2。負載RL上的干擾電壓UN=I1RL。I2ML1L2I1RC2RLU1=I1RLUG縱向扼流圈對回路電壓UG的抑制

由I1回路由I2回路由上式求得因M=L1=L2=L得到，由上式代入I1回路方程，可得縱向扼流圈對回路電壓UG的抑制

由，負載上的干擾電壓或幅值縱向扼流圈對回路電壓UG的抑制

當時，。由此可見，扼流圈對地回路的干擾有很好地抑制作用。干擾的角頻率愈高，扼流圈的電感L愈大，扼流圈的繞組及導線的電阻RC2愈小，抑制干擾的能力愈強。扼流圈的電感應滿足在信號傳輸線上使用磁環兩電路之間的信號傳輸線無論是同軸電纜還是平行雙線。若加上鐵氧磁環，就能有效地抑制地線回路的干擾。電路1電路2在信號傳輸線上使用磁環鐵氧體磁環可增加電路電感量LS，使，傳輸線的截止頻率降低。這就提供了抑制高頻地回路耦合但不引入顯著低頻損耗的手段。MR1RSI1IgIS光電耦合器切斷兩電路之間的地回路耦合的另一種方法是光電耦合器。發光二極管發光的強弱隨電路1輸出信號電流的變化而變化。強弱變化的光使光電晶體管產生相應變化的電流。優點：對數字電路特別適用。對于模擬電路，由于電流與光強的線性關系較差，傳輸模擬信號時會帶來較大的非線性失真。電路1電路2差分平衡電路差分放大器電路UG為干擾電壓，放大器的兩個輸入電壓U1和U2，輸出電壓:U0=A*(U1-U2).A為放大器的增益。RSRC1RGRC2RL1RL2USUGU1U2U0差分平衡電路(1)等效電路：當RL遠大于接地電阻RG時，地干擾電壓在放大器輸入端的干擾電壓為UGRGRC2RL2RSRC1RL1U1U2差分平衡電路降低UN的途徑：(a)當信號源內阻RS很小，且RL1=RL2阻抗平衡，則UN=0。(b)當放大器輸入阻抗RL1與RL2增大，可使UN減小。(2)改進電路的差分電路，以減小UNRSRC1RGRC2RL1RL2USUGU1U2U0R接入電阻R，以提高放大器的輸入阻抗，從而降低干擾電壓UG的影響。同時，沒有增加信號US的輸入阻抗。UGRGRC2RL2RSRC1RL1U1U2RBA地干擾電壓在放大器輸入端的干擾電壓為其中，UAB為A、B兩點之間的電壓：由于，減小了地干擾電壓UN的干擾。搭接搭接是指在兩金