电磁兼容理论与抗干扰方法系列之三（接地技术）

电磁兼容理论与抗干扰方法系列之三（接地技术）　
　
接地，一方面指为电路或系统提供一个零电位参考点，另一方面是为电路或系统与地建立低阻抗通路。



接地技术最早是指与真正的大地连接以提供一个雷击放电的通路，后来逐渐演变成为用电设备提供漏电保护的技术。现在指的地，已经不仅是大地，很多情况下指的都是浮地。



接地有以下一些要求：

1．  接地平面应为零电位。

2．  接地平面应是零电阻的实体，电流在接地平面中流过时应没有压降，即各接地点之间没有电位差。

3．  良好的接地平面与布线间将有大的分布电容，而平面本身的引线电感很小。这里注意，之所以电感必须很小，正是因为电感是引起电磁干扰的罪魁祸首，有电感就会有压降。

4．  尽量减少公共地上的干扰电压，避免形成不必要的回路。在做电路板时，回路范围越小越好，最好一根信号线带一根接地线，回路尽量小。



接地可以分为安全接地和信号接地。



安全接地就是采用低阻抗的导体将设备外壳连接到大地，使人体不受外壳漏电或静电积累的放电而发生触电。信号接地指给信号电流提供流回信号源的低阻抗路径。交流电源的地线不能用作信号地线，因为一段电源地线的两点间会有数百微伏甚至几伏的电压，这本身就是严重的干扰。



安全接地包括设备安全接地，接零保护措施，防雷接地。信号接地包括单点接地，多点接地，混合接地，悬浮接地。由于本人知识有限，这里指针对以上内容做简单的介绍，具体每种接地的具体方法还请参阅一些相关书籍，因为每种方法都是很深的知识。做好接地非常重要，不仅是为了防止电磁干扰，更重要的还能保护人体安全。生命重于一切。



设备安全接地

安全接地就是用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地，防止人员由于设备外壳漏电或静电积聚的放电而发生触电的危险。由于大地的电容非常大，所以是最理想的零电位。



当人体与机壳接触时，相当于机壳与大地之间连接了一个电阻R。但是人体的电阻是变化的，当人体皮肤处于干燥和无伤的情况下，人体电阻高大40-1000K欧，但是，通常情况下这是不可能的，因为无法做到真正的干燥。故通常处于常态的人体，电阻阻值大约为1000欧。流经人体的安全电压交流电流为15-20mA，直流电流为50mA。当流经人体电流高达100mA时，可能导致死亡。为了保证人体安全，应该将机壳与接地体连接，即应该将机壳接地。这样，当人体触及带电机壳时，人体电阻与接地导线的阻抗并联，人体电阻远大于接地导线的阻抗，大部分漏电电流经接地导线旁路流入大地。通常接地阻抗为5—10 欧，流经人体的电流将减为原先的1/200—1/100。



接零保护接地

工业设备通常采用220V或380V电源，分别为单相三线制和双相四线制。设备除外壳要接地外，还应与电网零线连接，即接零保护。



当设备的外壳接地后，人体一旦与机壳接触，人体与接地电阻并联，又因为接地电阻远小于人体电阻，所以大部分漏电电流流经接地线。但由于接地电阻与电网中性点接地的接触电阻相当，所以接地线上的压降几乎为220V相电压的一半。这一电压超过了人体能够承受的安全电压。因此，即使设备外壳接地，也不一定保证安全，所以我们应该将设备外壳连接到电网零线（中线）上，这就是接零保护原理



防雷接地

防雷接地就是将建筑物或用电设备的外壳与大地连接，将雷电电流引入大地。防雷保护是一个独立的系统，包括避雷针、下导体和与接地系统相连的接头。





单点接地

单点接地只有一个接地点，所有电路、设备的地线都只连接到这一个点上，该点为电路、设备的零电位参考点。单点接地可分为串联单点接地和并联单点接地。



串联单点接地结构简单，各电路的接地引线短，电阻相对小，故常用于设备机柜中的接地。但在高频情况下，一般不使用这种方式。



并联单点接地的优点是各电路的地电位只与本电路的地电流及地电阻有关，不受其他电路的干扰。

缺点是：

1．  各电路分别采用独立地线接地，需要更多引线，增加了地线长度，即增加了地线阻抗。

2．  会造成各地线间的相互耦合，随着频率增加，地线阻抗、地线间的电感和电容耦合也随之增加。

3．  不适用于高频。



多点接地

多点接地指一个系统中各个需要接地的电路、设备全都直接连接到距它最近的接地平面上，使接地线最短。该接地平面可以是设备底座，也可以是贯穿整个系统的接地线，在大型系统中也可以是设备的结构框架。



为了降低电路的地电位，每个电路的地线应尽可能短，以降低地线阻抗。在高频下，由于集肤效应，高频电流只流经导体表面，即使加大导体厚度也不会降低阻抗。为了在高频时降低地线阻抗，通常要将地线和公共地镀银。



多点接地的优点是地线较短，适用于高频电路。缺点是形成了各种地线回路，造成地回路干扰，这对设备的低频电路产生干扰。



从上可看出，单点接地适用于低频，多点接地适用于高频。也就是说，频率在1MH以下可采用单点接地。频率高于10MHz可采用多点接地。频率在1-10MHz之间，可采用混合接地。



如果按照分布参数来讲，当电路尺寸<0.05λ，采用单点接地。电路尺寸>0.15λ，采用多点接地。电路尺寸在0.05-0.15λ之间，采用混合接地。



悬浮接地

悬浮接地，即“浮地”，将电路、设备的信号接地系统与安全接地系统、结构地以及其他导电物体隔离。



悬浮接地易产生静电积累的放电，在雷电环境下，还会在机箱和单源电路间产生电弧，甚至人体触电。除了在低频情况下采用悬浮接地外，悬浮接地不适用于通信系统和一般电子产品。