电磁兼容问题百问百答（接地节选）

 

第八章接地

8-1.接地的定义

在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是‘线路电压的参考点”;对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架;对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是“低阻抗”和“通路”。

8-2.各种地，电源地，信号地，模拟地，数字地如何区分?

概述

电源的地不能看成模拟地，信号地也不能看成数字地。因为电源有给模拟电路供电的，有给数字电路供电的。信号有数字信号和模拟信号。

主要是根据电路的性能来分割地，对于数字信号3.3v电路，2。5V电路和5V电路的地也可能有分开的需要。即使是同一个供电的数字电路，有时候也有布线的要求，例如大电流的IO部分的地，可能需要单独处理。

大地一般指机壳，这个部分有ESD和屏蔽的需要的。有些时候电路地通过一个1M电阻同外壳相连，有时候直接连接。要根据应用和ESD的要求来处理。总之，地的逻辑连接特性和PCB上的物理特性是要区分来看的。理论上讲地是0电压的，但是在实际PCBA上地是有很多噪声和反弹的。

接地种类

关于接地：数字地、模拟地、信号地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地。

除了正确进行接地设计、安装，还要正确进行各种不同信号的接地处理。控制系统中，大致有以下几种地线：

数字地：也叫逻辑地，是各种开关量(数字量)信号的零电位。

模拟地：是各种模拟量信号的零电位。

信号地：通常为传感器的地。

交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。

直流地：直流供电电源的地。

屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。

以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。下面就接地问题提出一些看法

控制系统宜采用一点接地。一般情况下：高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路的干扰影响很大，因此，常以一点作为接地点;但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下，可用一点接地;高于10 MHz时，采用多点接地;在1~10 MHz之间可用一点接地，也可用多点接地。

交流地与信号地不能共用。由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常重要的干扰，因此必须加以隔离和防止。

浮地与接地的比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50 MΩ。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。

模拟地。模拟地的接法十分重要。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。

屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地：电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。利用低阻金属材料高导流而制成，可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应，其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的公共端;相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入端也应接到信号源的公共端。

对于电气系统的接地，要按接地的要求和目的分类，不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起，而是要分成若干独立的接地子系统，每个子系统都有其共同的接地点或接地干线，最后才连接在一起，实行总接地。

8-3.为什么要接地?

接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用。

接地是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线(如电线绝缘不良，线路老化等)和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会导流经PE线到大地，从而起到保护作用。

随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。比如在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地。

随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。最近，高速信号的信号回流技术中也引入了“地”的概念。

8-4，如何选择合适的接地方式?

接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块之间接地区分别以及低频(f<1MHz)电子线路。当设计高频(f>10 MHz)电路时就要采用多点接地了或者多层板(完整的地平面层)。

8-5，为什么要将模拟地和数字地分开，如何分开?

模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。

一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。

8-6，单板上的信号如何接地?

对于一般器件来说，就近接地是最好的，采用了拥有完整地平面的多层板设计后，对于

一般信号的接地就非常容易了，基本原则是保证走线的连续性，减少过孔数量;靠近地平面或者电源平面，等等。

8-7.单板的接口器件如何接地?

有些单板会有对外的输入输出接口，比如串口连接器，网口RJ 45连接器等等，如果为它们的接地设计得不好也会影响到正常工作，例如网口互连有误码，丢包等，并且会成为对外的电磁干扰源，把板内的噪声向外发送。一般来说会单独分割出一块独立的接口地，与信号地的连接采用细的走线连接，可以串上0欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。同样的，对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。

8-3.带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地?

屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是信号地上，这是因为信号地上有各种的噪声，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰，所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。当然前提是接口地也要非常的干净

8-9.简述常见的接地符号

PE，PGND，FG-保护地或机壳；

BGND或DC-RETURN-直流-48 V（+24 V）电源（电池）回流；

GND-工作地；

DGND-数字地；

AGND一模拟地；

LGND一防雷保护地。

GND在电路里常被定为电压参考基点。从电气意义上说，GND分为电源地和信号地。PG是PowerGround(电源地)的缩写。另一个是Signal Ground(信号地)。实际上它们能是连在一起的(不一定是混在一起哦!)。两个名称，主要是便于对电路进行分析。进一步说，还有因电路形式不同而必须区分的两种“地”：数字地，模拟地.数字地和模拟地表有信号地、电源地两种情况。数字地和模拟地之间，某些电路可以直接连接，有些电路要电抗器连接，有些电路不可连接。
 

8-10，导致地线干扰问题的根本原因是什么?

地线的阻抗是导致地线问题的根本原因，由于地线阻抗的存在，当地线上流过电流时就会产生电压，形成电位差，而我们在设计电路时，是假设地线上各点电位是相同的，地电位是整个系统工作的参考电位，实际地线电位与假设条件的不同导致了各种各样的地线题。

8-11.在进行电磁干扰问题分析时，往往用什么定义来描述地线?

将地线定义为信号的回流线。

8-12，为什么在有些进口样机中看到有些地线通过电容或电感接地?

为了使地线系统对于不同频率的信号呈现不同的地线结构。

8-13.请列出尽可能多的降低地线射频阻抗的方法?

尽量使用表面积大的导体，以减小高频电流的电阻;尽量使导体短些，以减小电阻和感;在导体表面镀银，减小表面电阻;多根导体并联，减小电感。

8-14，接地及其功能

与接地有关的名词术语：地ground：

导电性的土壤，具有等电位，且任意点的电位可以看成零电位。

导电体，如土壤或钢船的外壳，作为电路的返回通道，或作为零电位参考点。

电路中相对于地具有零电位的位置或部分。

电路与地或其它起到地的作用的导电体的有意的或偶然的连接。(ANSIC63.14-19984.9)

接地(动词)grounding，earthing：指将有关系统、电路或设备与地连(GB/T 17949.1-2000)

接地(名词) earth，ground：一种有意或非有意的导电连接，由于这种连接，可使电路或电气设备接到大地或接到代替大地的、某种较大的导电体。[注：接地的目的是：

使连接到地的导体具有等于或近似于大地(或代替大地的导电体)的电位;

引导入地电流流入和流出大地(或代替大地的导电体)。(GB/T 17949.1-20004.1)

接地(参考)平面earth(reference) plane：一块导电平面，其电位用作公共参考电位。(GB/T 4365-19954.36)

搭接bonding：将设备、装置或系统的外暴可导电部分或外部可导电部分连接在一起以确保它们具有相同的电位的过程。(IEC 61000-5-2-19973.1)单点接地single-point ground：单点接地，指网络中只有一点被定义为接地点，其它需要接地的点都直接接在该点上。(ANSIC 63.14-19984.318)

等电位搭接equipotential bonding：使各外露可导电部分和装置外可导电部分的电位基本相等的电气连接。(GB 50054-1995)

多点接地multi-point ground：每个子系统的“地”都直接接到距它最近的基准面上。

浮点接地floating ground：将整个网络完全与大地隔离，使电位飘浮。要求整个网络与地之间的绝缘电阻在50M欧以上，绝缘下降后会出现干扰。通常采用机壳接地，其余的电路浮地。(IEEE Std. 1050-19965.3.3)

接地电阻ground resistance：接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆律电阻。(注：所谓远方是指一段距离，在此距离下，两个接地板的相互电阻值基本为零。) (GB/T17949.1-20004.11)

工频接地电阻power frequency ground resistance：工频电压流过接地装置时，接地极与电位为零的远方接地极之间的欧姆律电阻。其数值等于接地装置对地电压与通过接地极流入地中电流的比值。(DL/T 621-19972.11)

接触电压touchvoltage：接地的金属结构和地面上相隔一定距离一点间的电位差。此距离通常等于最大的水平伸臂距离，约为1m。(GB/T 17949.1-20004.17)。

跨步电压step voltage：指地面上一步距离的两点间的电位差，此距离取最大电位梯度方向上1m的长度。(注：当工作人员站立在大地或某物之上，而有电流流过该大地或该物时，此电位差可能是危险的，在故障状态时尤其如此。)(GB/T 17949.1-20004.18)

接地基准点earthing reference point(ERP)

共用接地系统与系统的等电位连接网络之间的唯一连接点。(IEC 61312-1-19951.3.2)接地装置earth-termination system

接地线和接地极的总和。(GB 50057-1994)

信号地signal ground

电路中各信号的公共参考点，即电气及电子设备、装置及系统工作时信号的参考点。(IEEE Std 1050-1999)

8-15，什么是搭接?举出几种搭接的方法。

金属构件之间的低阻抗(射频)连接称为搭接，搭接的方式有焊接、铆接、螺钉连接、电磁密封衬垫连接等。

8-16.怎样防止搭接点出现电化学腐蚀现象?

选择电化学电位接近的金属，或对接触的局部进行环境密封，隔绝电解液。

8-17.电源线的地与PE地有何关系?

电源线的地与PE地完全是两回事，当电源设备被雷击时，电源线的地会产生数万伏的跨步电压，即电源线的地与PE地之间也会产生数万伏的电位差(如果电源线的地在设备端不互相联接时)，因此电源线的地与PE地根本不是一回事，所以在用户端电源线的地必须要与PE 地联接在一起是必须的。

对于一类电子产品一般有两个安全地，第一个是三芯电源线的地(与电网设备的地联通)，另一个是本用户的地(PE地，如自来水管，也称大地)，在国际电工标准之中，只有

一个地，就是大地，其它的地都是用户自己定义的，或用户自己可定义各种不同定义的地。

PE是安全地(防止人体触电)，即为了防止机器漏电，外壳(人体可触摸到的地方)必接大地;热地一般是指变压器初级线圈电路的公共端(带电，人体不能触摸);冷地一般指变压器次级线圈的公共端，冷地同样也会带电(静电)，当次级线圈的输出电压很高时比如高于4000 V)，必须考虑静电对人体放电的安全电荷不能超过0.45微库伦。此时冷地需要接一个静电泄放电阻到大地或热地。