接地技术

接地从字面来看上十分简单事情，但是对于经历过电磁干扰挫折的人来说可能是一个最难掌握的技术。实际上在电磁兼容设计中，接地是最难的技术。面对一个系统，没有一个人能够提出一个绝对正确的接地方案，多少会遗留一些问题。造成这种情况的原因是接地没有一个很系统的理论或模型，人们在考虑接地时只能依靠他过去的经验或从书上看到的经验。但接地是一个十分复杂的问题，在其它场合很好的方案在这里不一定最好。关于接地设计在很大程度上依赖设计师的直觉，也就是他对“接地”这个概念的理解程度和经验。因此，我们将不断地为大家有关接地方面的文章，使大家循序渐进地形成对接地的直觉。

１接地的方法

　　接地的方法很多，具体使用那一种方法取决于系统的结构和功能。“接地”的概念首次应用在电话的设计开发中。从1881年初开始采用单根电缆为信号通道，大地为公共回路。这就是第一个接地问题。但是用大地作为信号回路会导致地回路中的过量噪声和大气干扰。为了解决这个问题，增加了信号回路线。现在存在的许多接地方法都是来源于过去成功的经验，这些方法包括：

　　1) 单点接地：如图1所示，单点接地是为许多在一起的电路提供公共电位参考点的方法，这样信号就可以在不同的电路之间传输。若没有公共参考点，就会出现错误信号传输。单点接地要求每个电路只接地一次，并且接在同一点。该点常常一地球为参考。由于只存在一个参考点，因此可以相信没有地回路存在，因而也就没有干扰问题。

　　2) 多点接地：如图2所示，从图中可以看出，设备内电路都以机壳为参考点，而各个设备的机壳又都以地为参考点。这种接地结构能够提供较低的接地阻抗，这是因为多点接地时，每条地线可以很短；并且多根导线并联能够降低接地导体的总电感。在高频电路中必须使用多点接地，并且要求每根接地线的长度小于信号波长的1/20。

　　3) 混合接地：混合接地既包含了单点接地的特性，又包含了多点接地的特性。例如，系统内的电源需要单点接地，而射频信号又要求多点接地，这时就可以采用图3所示的混合接地。对于直流，电容是开路的，电路是单点接地，对于射频，电容是导通的，电路是多点接地。

　　当许多相互连接的设备体积很大（设备的物理尺寸和连接电缆与任何存在的干扰信号的波长相比很大）时，就存在通过机壳和电缆的作用产生干扰的可能性。当发生这种情况时，干扰电流的路径通常存在于系统的地回路中。　　在考虑接地问题时，要考虑两个方面的问题，一个是系统的自兼容问题，另一个是外部干扰耦合进地回路，导致系统的错误工作。由于外部干扰常常是随机的，因此解决起来往往更难。

２接地要求

　　要求接地的理由很多，下面列出几种：　　1) 安全接地：使用交流电的设备必须通过黄绿色安全地线接地，否则当设备内的电源与机壳之间的绝缘电阻变小时，会导致电击伤害。
　　2) 雷电接地：设施的雷电保护系统是一个独立的系统，由避雷针、下导体和与接地系统相连的接头组成。该接地系统通常与用做电源参考地及黄绿色安全地线的接地是共用的。雷电放电接地仅对设施而言，设备没有这个要求。
　　3) 电磁兼容接地：出于电磁兼容设计而要求的接地，包括：
　　　　* 屏蔽接地：为了防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、电路辐射电场或对外界电场敏感，必须进行必要的隔离和屏蔽，这些隔离和屏蔽的金属必须接地。
　　　　* 滤波器接地：滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容，当滤波器不接地时，这些电容就处于悬浮状态，起不到旁路的作用。
　　　　* 噪声和干扰抑制：对内部噪声和外部干扰的控制需要设备或系统上的许多点与地相连，从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道。
　　　　* 电路参考：电路之间信号要正确传输，必须有一个公共电位参考点，这个公共电位参考点就是地。因此所有互相连接的电路必须接地。
　　以上所有理由形成了接地的综合要求。但是，一般在设计要求时仅明确安全和雷电防护接地的要求，其它均隐含在用户对系统或设备的电磁兼容要求中。

３接地技术应用

　　目前所应用的接地技术和方法可以说是过去解决问题的经验总结。典型的接地要求往往限制在所谓的“单点接地”上。　　通常在电路这一级上不专门提出对接地的具体要求，因为在这一层次上提出具体要求是不合适的。对数字电路而言，大多数逻辑芯片读采用单端电路的方式工作。也就是说，所有信号的电位以电源回路为参考的话，其电位是0V。在模拟电路中，情况也类似。当元器件之间的距离很近时，要完成逻辑信号的产生、处理和波形整形是很容易的，但如果传输线过长或者参考点电位不正确的话，都会产生问题。我们要建立这样的概念：接地并不是每个部分或每个系统都需要的，比如单块的线路板并不非要接地才能正常工作。当设备之间要传输数据时，接地就是十分必要的了。图4给出了一些地线的概念