微信号电路设计中电磁兼容影响分析论文(6)

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第4章 接地技术

接地技术最早是应用在强电系统（电力系统、输变电设备、电气设备）中，为了设备和人身的安全，将接地线直接接在大地上。由于大地的电容非常大，一般情况下可以将大地的电位视为零电位。后来，接地技术延伸应用到弱电系统中。对于电力电子设备将接地线直接接在大地上或者接在一个作为参考电位的导体上，当电流通过该参考电位时，不应产生电压降。然而由于不合理的接地，反而会引入了电磁干扰，比如共地线干扰、地环路干扰等，从而导致电力电子设备工作不正常。可见，接地技术是电力电子设备电磁兼容技术的重要内容之一，有必要对接地技术进行详细探讨。

通常电路和用电设备的接地按其功能分成两大类：安全接地和信号接地。安全接地就是采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上，使操作使用人员不致因设备外壳漏电或故障放电而发生触电危险。安全接地还包括建筑物、输电线铁架、高大电力设备的接地，其目的是为了防止雷击放电造成设备破坏和人身伤亡。信号接地就是在系统和设备之间，采用低阻抗的导线（或地平面）为各种电路提供具有共同参考电位的信号返回通路，使流经该地线的各电路信号电流互不影响。

针对本课题来说，由于是对微信号电路设计进行分析，所以根本不需要考虑安全接地问题，因为微信号本身对周围的环境就构不成大的伤害。

4.1 接地的概念及要求

4.1.1 接地的概念

所谓“地”，一般定义为电路或系统的零电位参考点。直流电压的零电位点或零电位面，它不一定为实际的大地地面，还可以是设备的外壳或其他金属板线。

“接地”的一个含义是为电路或系统提供一个零电位参考点，另一个含义是为电路或系统与“地”之间建立低阻抗通路。

接地原意指与真正的大地连接以提供雷击放电的通路（例如，避雷针一端埋入大地），后来成为为用电设备提供漏电保护（提供放电通路）的技术措施。并且接地的含义已经延伸为，一般来说，“接地”是指为了使电路、设备或系统与“地”之间建立低阻抗通路，而将电路、设备或系统连接到一个作为参考点位点或参考点位面的良导体的技术行为，其中一点通常是系统的一个电气或电子元（组）件，而另一点则是称之为“地”的参考点。例如，当所说的系统组件是设备中的一个电路时，则参考点就是设备的外壳或接地平面。

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4.1.2 接地的要求

（1）接地平面应是零电位，它作为系统中各电路任何位置所有电信号的公共电位参考点。

（2）理想的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；或者说各接地点间的电压与线路中任何功能部分的电位比较均可忽略不计。

（3）良好的接地平面和布线间将有大的分布电容，而平面本身的引线电感将很小。理论上，它必须能吸收所有信号，而使设备稳定地工作，接地平面应采用低阻抗材料制成，并且有足够的长度、宽度和厚度，以保证在所有频率上它的两边之间均呈现低阻抗。用于安装固定式装备的接地平面应由整块的铜板或铜网组成。

（4）理想的接地，要求尽量减低多电路公共接地阻抗上所产生的干扰电压，同时还要尽量避免形成不必要的地回路。

4.2 信号接地

信号接地主要是为了消除外界或其它设备对本设备的干扰。接地是指在系统的某个选定点与某个接地面之间建立导电的低电阻的通路，把系统中电子元件的零电位互相连接起来，再把它们同时与某个等价于 “地”的参考点连起来。具体方法可以将理想的接地体作为一个零电位、零电阻的物理实体，作为与各有关电路中信号电平的参考点，任何不需要的电流通过它都不产生电压降，这种理想的接地体实际上是近似的，在设备上接地是为了使设备本身所流过的干扰电流经过接地线流入大地，减少干扰源所传播和发布的能量。接地的主要目的是防止电磁干扰，消除公共电路阻抗的耦合，也是为了保障人身和设备的安全。基本接地技术有单点接地、多点接地、浮地和混合接地4种。

4.2.1 单点接地

单点接地是把整个电路系统中某一结构点作为接地基准点，其他各单元的信号地连接到这一点上。工作频率低于100KHz时应采用单点接地，以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。如图4-1所示，并联单点接地最大的缺点是耗时费料，由于接地线太多太长，以至增加各地阻抗，尤其在高频范围中更加严重。

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图4-1 并联单点接地

因此在实际中，对于相互干扰较少的电路，可以采用串联单点接地，如图4-2所示。若系统各线路或装备所产生或需要的能量变化太大，则不适用串联单点接地，因为高能量的线路或装备所产生大量的地电位会严重地影响低能量线路或装备的正常运作。

图4-2 串联单点接地

4.2.2 多点接地系统

多点接地是指某一个系统中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上, 以使接地引线的长度最短。接地平面, 可以是设备的底板, 也可以是贯通整个系统的地导线, 在比较大的系统中, 还可以是设备的结构框架等等。工作频率高( > 30MHz)的采用多点接地式。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比, 工作频率高时将增加共地阻抗, 从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰,所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时, 尽量找最接近的低阻值接地面接地，如图4-3所示。

图4-3 设备多点接地

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4.2.3 浮地

浮地的目的是将电路或设备与公共地或可能引起环流的公共导线隔离开来。浮地的效果取决于是否能做到完全的浮地隔离。实际上，要做到完全的隔离，在许多情况下是很困难的。这种接地方式的缺点是设备不与大地直接相连，容易产生静电积累现象，这样积累起来的电荷达到一定程度后，在设备和大地之间会产生具有强大放电电流的放电击穿现象。这种放电现象是一种破坏性很大的强干扰源。为了解决这个问题，在设备与大地之间接进一个阻值很大的泄放电阻，以消除静电积累的影响。

浮地技术主要解决地线环路问题，因为对一些敏感电路，地线环路电流引起的干扰往往会对它的正常工作造成致命的影响。在某些应用场合，单纯的浮地措施并不能达到预期的效果，只有采取适当的浮地隔离措施才能真正切断不同电路的相互干扰。常见的浮地隔离措施有：隔离变压器隔离、光电藕合器隔离和光纤隔离等。

4.2.4 混合接地

如果电路的工作频带很宽，在低频情况需要采用单点接地，而在高频情况又需要采用多点接地，在这种情况下可以采用混合接地方式。理论和实践都表明

?4?，对于工作频率低

于1MHz和公共接地面尺寸小于工作信号波长1/20的电路系统，宜采用单点接地方式；对于工作频率高于10MHz和公共接地面尺寸大于工作信号波长1/20的电路系统，宜采用多点接地方式；而对于频率为1MHz～10MHz和公共接地面尺寸为工作信号波长1/20左右的电路系统，一般采用混合接地系统，如图4-4所示。

图4-4 混合接地系统

4.3 小结

本章主要描述接地的概念、要求及分类。接地的过程实际上也是降低电磁干扰的过程，本课题是电磁兼容的影响分析，任何设备在工作的过程中，各元器件之间存在必然存在干扰，接地就是一种抑制电磁干扰、保障设备或系统电磁兼容性、提高设备或系统可靠性的重要技术措施。

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第5章 耦合技术

5.1 传导耦合

传导耦合包括通过导体间的电容及互感而形成的干扰耦合。

5.1.1 电容性耦合

由于电容实际是由两个导体构成的，因此两根导线就构成了一个电容，我们称这个电容是导线之间的寄生电容。由于这个电容的存在，一根导线中的能量能够耦合到另一根导线上。这种耦合称为电容性耦合或电场耦合。

电容耦合方式是指电位变化在干扰源与干扰对象之间引起的静电感应，又称静电耦合或电场耦合。电路的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在着分布电容。如果某一个导体上的信号电压（或噪声电压）通过分布电容使其他导体上的电位受到影响，那么这就是电容性耦合。

电容性耦合主要在射频频率形成骚扰，频率越高，电容性耦合越明显。一般情况下，骚扰源的工作频率、敏感电路对地的电阻、骚扰电压都是预先给定的，因此，抑制电容性耦合的有效方法是减小耦合电容。

5.1.2 电感性耦合

电感性耦合又称磁耦合，磁场耦合又称电磁感应耦合，示意图如图5-1所示。在任何载流导体周围空间中都会产生磁场，若磁场是交变的，则对其周围闭合电路产生感应电势。在设备内部，线圈或变压器的漏磁是一个很大的干扰；在设备外部，当两根导线在很长的区间架设时，也会产生干扰。

图5-1 磁场耦合示意图

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