接地带来的电磁兼容问题

文章摘要：接地所带来的电磁兼容问题主要是地线干扰，这是所有人都无法解决的棘手问题。有经验的设计者在分析干扰故障时，虽然知道要用示波器检查地线上的噪声电压，但是对这种噪声产生的原因并不是很清楚。结果往往是面对噪声电压束手无策。为了解决这个困境，应用信号地并结合电路常识，就很容易发现地线噪声的秘密。· 首先，地线不是等电位体。由欧姆定律可知，电流流过一个电阻时，就会在电阻上 产生电压降。实际导体都有一定阻抗，地线也不例外，而且设计不当的地线的阻抗相当大，因此当电流流过地线时，就会在地线上产生电压，失去等电位体的作用。在设计电路时，往往将地线作为所有电路的公共地线，因此地线上的电流成分众多，电压也很杂乱，这就

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　　接地所带来的电磁兼容问题主要是地线干扰，这是所有人都无法解决的棘手问题。有经验的设计者在分析干扰故障时，虽然知道要用示波器检查地线上的噪声电压，但是对这种噪声产生的原因并不是很清楚。结果往往是面对噪声电压束手无策。为了解决这个困境，应用信号地并结合电路常识，就很容易发现地线噪声的秘密。

　　· 首先，地线不是等电位体。由欧姆定律可知，电流流过一个电阻时，就会在电阻上 产生电压降。实际导体都有一定阻抗，地线也不例外，而且设计不当的地线的阻抗相当大，因此当电流流过地线时，就会在地线上产生电压，失去等电位体的作用。

　　在设计电路时，往往将地线作为所有电路的公共地线，因此地线上的电流成分众多，电压也很杂乱，这就是地线噪声电压产生的根源所在。

　　·其次，地线噪声电压对电路系统具有严重的影响。地线噪声意味着地线并不与设计时假设的理想情况一致（作为电位参考点的等电位体）。实际的地线上各点的电位，由于压降的存在是不同的。这样，设计电路的理想假设就被破坏了，电路不能正常工作也不足为奇。这就是地线造成电磁干扰现象的实质。

　　· 再者，地线电流流经路径的选择具有不确定性。地线电流客观地遵守电流的一般规 律，即选择阻抗最小的路径。对于频率较低的电流，这条路径比较容易确定，即是电阻最小的路径（电阻与导体的截面积、长度和电导率有关）。但对于频率高的电流，确定地线电流的路径很困难，实际的地线电流并不流过当初设想的地线。电流失去“理性”控制，就会产生一些莫名其妙的问题。

　　结合图1所示的问题归纳，最后得出解决接地电磁兼容问题的目标是：减小地线的阻抗。

　　图1 接地所引发的电磁兼容问题

　　地环路干扰是接地带来的又一个电磁兼容问题。干扰现象常常发生在相距较远的设备之间，设备间往往通过较长的电缆相连。其产生的内在原因是地环路电流的存在。由于地环路干扰是由地环路电流导致的，因此在工程中常常会发现，当将一个设备的安全接地线断开时，干扰现象消失，这是因为地线断开时，切断了地环路。这种现象往往发生在干扰频率较低的场合，当干扰频率高时，和断开地线与否关系不大。

　　如图2所示，地环路干扰形成的原因如下：

　　· 两个设备的地电位不同，它们之间就形成地电压。在这个电压的驱动下，由设备一、 互连电缆、设备二与地所形成的环路中间产生电流流动。电路的不平衡性会导致每根导线上的电流不同，从而产生差模干扰电压，对电路造成干扰。如果其他功率较大的设备共用这段地线，必然会在地线中引起较强电流，而地线又有较大阻抗，最终导致电压的干扰。

　　·由于互连设备处在较强的电磁场中，电磁场在设备一、互连电缆、设备二与地之间所形成的环路中感应出环路电流，与上面原因的过程一样会导致干扰。

　　图2 地环路干扰的形成

　　针对上述地环路产生的原因，解决地环路干扰的基本思路有两个：

　　· 一个是减小地线的阻抗，从而减小干扰电压；

　　· 另一个是增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。

　　当阻抗无限大时，最简单的方法就是将地环路断开。如将一端的设备浮地，或将线路板与机箱断开等。但出于静电防护或安全的考虑，这种方法在实际操作中是不允许的。而适用的方法就是隔离变压器、光耦合、共模扼流圈和平衡电路等。