電磁兼容設(shè)計(jì)中的地線干擾與抑制分析

陸圣喜

【摘要】隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步為我國(guó)社會(huì)的發(fā)展提供了巨大的幫助，不斷的豐富著人們的生活，在人們生產(chǎn)、生活當(dāng)中電子信息技術(shù)對(duì)其產(chǎn)生了非常大的影響。但是電子信息技術(shù)在發(fā)展的過(guò)程中會(huì)經(jīng)常的受到電磁的干擾，對(duì)此，電子信息的可靠性上受到了非常嚴(yán)重的影響。隨著不斷的使用電子和電氣設(shè)備，各種頻率的電磁波都出現(xiàn)在了我們的生活當(dāng)中，對(duì)此，為確保電子設(shè)備能夠高效安全的運(yùn)行，文章通過(guò)下文對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)中的地線干擾和抑制上進(jìn)行了闡述，為促進(jìn)我國(guó)電子信息技術(shù)的發(fā)展提供一定的幫助。

【關(guān)鍵詞】電磁兼容;地線干擾;抑制分析

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，科學(xué)技術(shù)在我們國(guó)家當(dāng)中進(jìn)入了一個(gè)全新發(fā)展的階段，為我國(guó)各項(xiàng)工作的展開(kāi)帶來(lái)了巨大的推動(dòng)作用。在電子信息應(yīng)用的過(guò)程中，電磁波是影響電子信息質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素，同時(shí)，也是電子信息裝置的一個(gè)干擾源，并且在這其中地線阻抗的存在成為了電磁干擾的主要原因。對(duì)此，為了能夠降低或者抑制這種電磁干擾的情況，對(duì)電磁兼容設(shè)計(jì)中的地線干擾與抑制上進(jìn)行分析就顯得非常必要。

一、地線的主要含義

對(duì)地線的基本定義：電位電路基準(zhǔn)點(diǎn)的等電位就是利用地線表示出來(lái)的，但是在現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，這個(gè)定義還不夠完備，因?yàn)殡娢辉趯?shí)際的地線上并非以恒定的形式存在。一旦在對(duì)地線上各個(gè)點(diǎn)之間的電位運(yùn)用儀表進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，會(huì)覺(jué)察到有很大的差距存在于地線的各個(gè)點(diǎn)中，可以說(shuō)電路運(yùn)行當(dāng)中的異常情況就是由于這些電位差而產(chǎn)生的，并且對(duì)底線的定義只是人們期望的地線電位。

一個(gè)更加符合實(shí)際的定義是有Henry給出來(lái)的，它把地線這樣進(jìn)行定義：信號(hào)向著源低阻抗路徑運(yùn)行，對(duì)地線中電流的流動(dòng)上能夠通過(guò)這個(gè)定義很好的凸顯出來(lái)。依據(jù)這個(gè)定義方式，分析地線中單位差出現(xiàn)的原因。因此，就能夠很容易的進(jìn)行理解，因?yàn)闅w零的情況是不可能出現(xiàn)在地線的阻抗當(dāng)中，當(dāng)有限的阻抗中流過(guò)電流的時(shí)候，電壓降就會(huì)出現(xiàn)在其中。 所以，應(yīng)該拿大海中的海浪來(lái)比喻地線當(dāng)中的電位，永不間斷。

二、地線當(dāng)中的阻抗

地線當(dāng)中存在的一些阻抗導(dǎo)致地線當(dāng)中每個(gè)點(diǎn)位當(dāng)中的電位差可以引起誤動(dòng)作的情況出現(xiàn)在電路當(dāng)中，因此面對(duì)的這樣的情況一些人會(huì)費(fèi)解，當(dāng)使用歐姆表對(duì)地線中電阻進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，通常是以毫歐姆級(jí)將地線的電阻表示出來(lái)，在這樣小的電阻當(dāng)中流過(guò)的電流而這樣大的電壓降是怎樣出現(xiàn)的，并造成異常的情況出現(xiàn)電路當(dāng)中。

將這個(gè)問(wèn)題探究明白，對(duì)導(dǎo)線阻抗和電阻這兩個(gè)不同的概念首先要明確區(qū)分。電阻是指在直流的形式下電流通過(guò)導(dǎo)線表現(xiàn)出來(lái)的電阻，對(duì)應(yīng)的阻抗是指導(dǎo)線對(duì)電流的一些阻抗會(huì)在交流的狀態(tài)下呈現(xiàn)出來(lái)，主要是通過(guò)導(dǎo)線的電感引起了這種阻抗形式。電感會(huì)存在于任何導(dǎo)線當(dāng)中，當(dāng)有較高頻率通過(guò)的時(shí)候，直流電阻會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的小于導(dǎo)線的阻抗。在具體的電路當(dāng)中，出現(xiàn)電磁干擾的信號(hào)通常的情況都是脈沖的信號(hào)，充足的高頻成分包含在了脈沖的信號(hào)當(dāng)中，因此就會(huì)有較大的電壓出現(xiàn)在地線上。就數(shù)字的電路來(lái)說(shuō)，有很高的工作頻率存在于電路當(dāng)中，所以數(shù)字電路受到地線阻抗的影響是比較可觀的。

如果將直流電阻認(rèn)為是10Hz時(shí)的阻抗近似，研究發(fā)現(xiàn)，在頻率變?yōu)?0MHz的時(shí)候，就一米長(zhǎng)的導(dǎo)線來(lái)說(shuō)，它自身的阻抗會(huì)比直流電阻大很多。這樣就射頻的電流來(lái)說(shuō)，在電流經(jīng)過(guò)地線的時(shí)候，就會(huì)有很大的電壓降存在。

對(duì)此，我們通過(guò)試驗(yàn)可以覺(jué)察到，為了將直流的電阻減小，將導(dǎo)線的直徑上進(jìn)行增加會(huì)有很好的效果，但是對(duì)交流阻抗進(jìn)行減小的時(shí)候，作用就不是很明顯。然而在電磁兼容的時(shí)候，交流的阻抗是我們最在意的，為了將交流的阻抗降低，并聯(lián)多根導(dǎo)線是最有效的辦法，并聯(lián)兩根導(dǎo)線時(shí)的電感可以這樣表示出來(lái)：

（M+L1）/2=L

在這個(gè)公式當(dāng)中可以覺(jué)察到，當(dāng)較遠(yuǎn)的距離存在于兩根導(dǎo)線之間時(shí)，就會(huì)有較小的互感存在于他們之間，單根導(dǎo)線電感的1/2相當(dāng)于總電感，因此，在將接地電阻減小的時(shí)候，可以利用多條電阻接地。但是需要注意，不能有過(guò)近的距離存在于多跟導(dǎo)線之間。

三、干擾原理

1.地環(huán)路當(dāng)中的干擾

兩個(gè)接地的電路用圖1表示出來(lái)。因?yàn)榇嬖谥鼐€的阻抗，當(dāng)?shù)鼐€中有電流流過(guò)時(shí)，電壓就會(huì)出現(xiàn)在地線上。當(dāng)有較大電流的時(shí)候，電壓可以增大，當(dāng)有大功率的用電器在附近啟動(dòng)的時(shí)候，很強(qiáng)的電流就會(huì)在地線中流過(guò)，電流會(huì)產(chǎn)生在兩個(gè)設(shè)備的連接電纜上。因?yàn)橛幸欢ǖ牟黄胶庑詴?huì)存在于電路中，不同的電流會(huì)存在于不同的導(dǎo)線上，這樣就會(huì)出現(xiàn)差模的電壓，影響整個(gè)電路，因?yàn)榈鼐€和電纜形成的環(huán)路電流產(chǎn)生了這種干擾，這樣變成了地環(huán)路干擾形式，通過(guò)外界電磁場(chǎng)感應(yīng)出來(lái)地環(huán)路中的電流。

圖1 地環(huán)路干擾

2.公共阻抗形式的干擾

當(dāng)一段地線被兩個(gè)電路共用時(shí)，因?yàn)榈鼐€中的阻抗，一個(gè)電路工作電流會(huì)調(diào)制另一電路的地電位。因此信號(hào)在一個(gè)電路中會(huì)向另一個(gè)電路中耦合，公共組抗耦合就是這種形式。如圖2所示：

圖2 公共阻抗耦合

由于較高頻率的信號(hào)會(huì)存在于數(shù)字電路中，較大的阻抗會(huì)出現(xiàn)在地線中，如果一段地線被不同的電路共用，公共阻抗耦合的情況因此就會(huì)出現(xiàn)。

四、具體的抑制措施

1.地環(huán)路措施

①把設(shè)備裝置浮地

一旦把一頭電路浮地，就將地環(huán)路切斷了，這樣地環(huán)路的電流就會(huì)被消除，但是需要注意兩個(gè)問(wèn)題，首先，考慮到安全，電路浮地是不允許的，因此可以考慮通過(guò)一個(gè)電感將設(shè)備接地。

其次，雖然設(shè)備浮地，但是還會(huì)有寄生電容存在于地與設(shè)備之間，較低的阻抗會(huì)在電容頻率較高時(shí)被提供出來(lái)，這樣高頻地環(huán)路電流就不能很好的減小。

②對(duì)光隔離器進(jìn)行使用

光信號(hào)傳輸法是另一種切斷環(huán)路的方式，對(duì)于解決地環(huán)路干擾問(wèn)題，是一個(gè)很好的方式。另外，有兩種方法存在于用光連接中，分別是光耦器件和光纖連接。寄生電容在光耦當(dāng)中通常為2pF，能夠在良好隔離的基礎(chǔ)以及很好的頻率下提供出來(lái)，而且?guī)缀鯖](méi)有寄生電容存在于光纖當(dāng)中。但是光耦器件的維護(hù)、成本、安全上要比它優(yōu)越。

③對(duì)共模扼流圈進(jìn)行使用

將共模扼流圈安裝在連接電纜上，就好比將地環(huán)路的阻抗增加了，因此，在地線電壓的影響下，就會(huì)減小地環(huán)路的電流。但是對(duì)共模扼流圈的寄生電容壓控制好，不然隔離高頻干擾的效果會(huì)非常不好，匝數(shù)在共模扼流圈當(dāng)中越多，越大的寄生電容就會(huì)存在于其中，就會(huì)呈現(xiàn)出越差的高頻隔離效果。

2.將公共阻抗耦合消除

有兩種方式能偶消除公共阻抗中的耦合，首先是將公共地線當(dāng)中的阻抗減小，這樣也隨之的減小了公共地線上的電壓，進(jìn)而將公共阻抗的耦合控制好。其次，對(duì)有效的接地方式進(jìn)行使用，防止易互相干擾的電路對(duì)地線共用，通常是防止地線被弱電電路和強(qiáng)電電路共用，或是地線被模擬電路和數(shù)字電路共用。

根據(jù)這樣的描述，地線的電感降低是減小地下阻抗的核心問(wèn)題，利用扁平的導(dǎo)體來(lái)作為地線，或是在選擇地線的時(shí)候用多條距離較大的并聯(lián)導(dǎo)體。就印刷的線路板來(lái)說(shuō)，為了將地線阻抗降低，可以將地線網(wǎng)格布置在雙層板上，將專(zhuān)門(mén)的一層作為多層板中的地線，盡管有很小的阻抗存在于其中，但是線路板的成本上就會(huì)被提升。

對(duì)合理的接地方式進(jìn)行使用，防止用并聯(lián)單點(diǎn)接地的方式接地，可以按照這樣的做法進(jìn)行：

接地的導(dǎo)線過(guò)多是并聯(lián)接地時(shí)的不足之處，所以在具體的應(yīng)用當(dāng)中，全部電路都是用并聯(lián)單點(diǎn)接地是沒(méi)有必要的，對(duì)于那些彼此之間干擾較低的電路，對(duì)串聯(lián)點(diǎn)接地的方式可以進(jìn)行使用。比如說(shuō)，可以按照弱信號(hào)、強(qiáng)信號(hào)、數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)的形式將電路進(jìn)行分類(lèi)，然后將串聯(lián)單點(diǎn)接地應(yīng)用到同類(lèi)電路的內(nèi)部，并聯(lián)單點(diǎn)接地應(yīng)用在不同類(lèi)型的電路當(dāng)中。

五、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，阻抗存在于地線當(dāng)中是地線導(dǎo)致電磁干擾的主要原因，在地線當(dāng)中有電流流過(guò)的時(shí)候，電壓就會(huì)出現(xiàn)在地線當(dāng)中，地線噪聲的情況就會(huì)因此產(chǎn)生，所以，在這樣電壓的影響下，地線環(huán)路的電流就會(huì)因此形成，就會(huì)出線干擾的情況，對(duì)電子信息設(shè)備帶來(lái)影響。對(duì)此，面對(duì)這樣的情況，文章通過(guò)上述內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并給出了一定的抑制措施，為有關(guān)技術(shù)工作人員提供一定的幫助。

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