接地技术(下)
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滤波器都需要良好接地才能发挥作用，性能再好的滤波器没有良好的接地也是起不到滤波作用的。因此滤波与接地是密不可分的，是相互联系的。滤波器一般都是用金属壳屏蔽起来的，整个金属外壳就是滤波器的地，滤波器接地最好的方式就是将滤波器的外壳（一个面）与地可靠压接，这样滤波器可以发挥最大的滤波作用。一般滤波器安装在电子产品线缆入口处，滤波器可靠压接在电子产品外壳上，如图1所示。防雷与接地是一个密不可分的整体，无论是防直击雷，还是防护雷电过电压和雷电浪涌，总是要把雷电泄放至大地，没有良好的接地装置，各种防雷措施都不能发挥令人满意的保护作用，是无法完成避雷任务的。接地电阻的大小是衡量系统质量的重要指标，接地电阻越小，泄流越快，被雷击物体高电位保持时间就越短，危险性也越小，防雷效果越好，被保护的对象就越安全。接地技术的最早引入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引入大地，从而起到保护电子设备的作用；同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起设备外壳带电时，生成的故障电流会经PE线流向大地，从而起到保护作用。防雷接地技术不仅关系到电子产品系统的抗干扰能力，同时也关系到其防雷效果。要使电子产品系统保持较长时间的稳定运行，就必须对其进行高标准且规范的防雷接地处理。防雷接地设计的一个重要方面就是接线，防雷以往都是简单地并联安装SPD（浪涌保护器），从接线的角度造成雷电防护失败的几乎占到50%。凯文接线（消除引线上的电感，提高保护器件的有效性）则建立在抵御雷电的相对保护上，是全面彻底的等电位。只有坚持凯文接线才可以彻底抵御雷电，最大限度地保护设备安全。防雷接地技术要遵循接地技术的所有原则，接地电阻的大小是一个重要的考察方面。接地电阻的大小直接影响电子产品系统的安全，因为雷电的泄放电流一般都比较大，在接地电阻上会产生高压，可能将电路击穿，使设备损坏，同时，产生的高压也会对操作维护人员造成威胁，影响人身安全。防雷接地技术与防雷的布局结构有很大关系，电源的设计一般为三级保护设计，每级的保护容量是不一样的，每级地线要求的线径也不一样。第一级防雷地线一般要求为10mm2以上或用扁铜连接，第二级要求为6mm2以上，第三级要求为4mm2以上；第三级防雷地可以与设备保护地共用，其他两级防雷要接在专门的防雷地上，防雷地与系统保护地的距离大于20m。综合防雷示意图如图2所示。A1—电源第一级保护；B1—电源第二级保护、电源第三级浪涌吸收保护；A2—信号第一级保护、网络第一级保护；B2—信号第二级保护；A3—有线电视线路保护器；B3—天线馈线保护器凯文接线法，也即V形接线法。在防雷上是SPD的接线形式,如果SPD的接线距离等于零,就是标准的凯文接线,凯文接线的优点是消灭接线电缆上因雷电流通过时自身的寄生电阻电感产生的电压降在附加给被保护负载的一种方式。地线干扰可以从原理上进行抑制，地线干扰主要包括地线环路干扰、公共阻抗干扰和地电位反击干扰。由地线环路干扰的机理可知，只要减小地环路中的电流就能减小干扰，如果能彻底消除地环路电流，则可以完全解决地环路干扰问题。因此要尽量减小地回路面积，最好在线路布局时避免构成地回路。（1）将一端的设备浮地，这样就切断了地环路。但要注意，出于安全考虑，有的电路设备不允许浮地，可通过一个电感接地，但这样就只能减小高频时的地环路干扰；另一方面，即使采用浮地，该设备和地之间还存在寄生电容，在高频时会提供较低的阻抗，因此并不能有效地减小高频地环路电流。（2）采用隔离变压器。通过隔离变压器阻隔地回路的形成来抑制地环路干扰，但变压器绕组间存在分布电容，高频时仍能形成地环路电流。为提高变压器隔离的抗干扰能力，在绕组间加一个屏蔽层可以有效减小其分布电容，但要注意，屏蔽层的接地端必须接在负载一侧，因此隔离变压器要安装在信号接收设备的一侧，如图5所示。（3）使用光隔离器。用光实现信号的传输可以说是解决地环路干扰的最佳方法，用光连接有两种方式：一是用光耦器件连接，如图6所示，光耦的寄生电容一般只有2pF，能够在很高的频率提供良好的隔离，有效抑制地线干扰，但它在传输模拟信号时失真较大，应用受到限制；二是用光纤电缆连接，光纤几乎没有寄生电容，大多数情况下可不受连接线外界的电磁干扰和电磁脉冲的影响，同时能提供良好的电气隔离并保证传输数据的保密，但其安装、维护、成本等方面的要求较高。值得注意的是，有不少文献认为光缆不受外界电磁场影响，但实际上在强电磁脉冲作用下光纤会发热引起形变，直击雷（雷击的一种方式）还会使光纤极化偏转，这些都将影响光纤的传输特性。（4）使用共模电感（扼流圈）。在连接电缆上使用共模扼流圈相当于增加了地环路阻抗，使地环路电流减小，但要控制其寄生电容，否则会影响对高频干扰的抑制效果，如图7所示。由公共阻抗耦合的机理可知，要消除公共阻抗耦合干扰有以下两种方法。（1）减小公共地线部分的阻抗。其核心问题是减小地线的电感，包括使用扁平导体做地线，用多条相距较远的并联导体做接地线，在双层PCB上布地线网格，在多层板中专门用一层做地线层等。（2）通过适当的接地方式避免容易相互干扰的电路共用地线，避免强电线路和弱电线路、数字电路和模拟电路共用地线，对这些电路可采用并联单点接地，而对于那些相互干扰少的电路，可以采用串联单点接地，如图8所示。（1）远离法。将干扰源与被干扰对象各自独立接地，保持一定距离（一般为≥20m），即可满足一般系统正常工作的抗干扰需求。（2）隔离法。将相对独立的接地网通过瞬态均压装置连接，既能在正常工作时防止各接地间相互干扰，又能实现地电位升高时的均压。某机柜系统，在端子排上安装有电源防雷、电源滤波器，后经过隔离变压器对系统设备供电，进行传导测试时，传导发射超标严重，如图9所示。开始怀疑是滤波器的问题，更换已经通过测试的滤波器，问题依然存在。后从配线上查找原因，拆下端子板，发现配线比较混乱，装配组为了美观，虽然紧挨着，但是配线比较长，都捆扎在一起，更为严重的是将滤波器之前和之后的电源线捆扎在一起，滤波器形同虚设。对配线重新连接，保证最短距离连接，滤波器进线与出线严格分开。重新进行测试，发现有个别频率出现超标，重新对配线进行分析，如图10所示。滤波器的接地线是用一根2mm2 的导线连接在接地排上的，而且绕了比较长的一段距离。根据接地技术理论，将地线拆掉，更换为铜带，与滤波器的接地面可靠接触，压接在端子排上，以最短的距离压接在接地排上，再次进行测试，测试通过，而且距离标准有比较宽裕的余量，如图11所示。（1）地线要求短而粗，可靠连接在接地排上。地线连接要避免绕着走，应直接连接，以最短距离连接在接地排上。（2）滤波器应放置在设备入口处，滤波器两端引线严禁交叉及捆扎，避免线间干扰，保证接地良好。滤波器最忌讳的就是输入线与输出线放置在一起，这样滤波器将起不到作用，如图12所示。接地技术是电子设备电磁兼容设计中一个至关重要的内容，电子设备的干扰特性及抗干扰性能的好坏很大程度上都取决于设备接地的合理性。电子设备要达到良好的性能指标，在产品设计阶段就必须结合产品结构布置、印制板布局布线进行合理的地线设计。电磁兼容设计是实现设备或系统规定的功能，使系统效能得以充分发挥的重要保证。目前，电子设备和系统设计的重点已经由逻辑设计和功能设计转移到电磁兼容设计上来。由于电磁兼容设计涉及电路、屏蔽、接地、搭接、布线、布局与线缆敷设等诸多方面，涉及的范围广，解决的难度大，各种技术措施往往又是互相联系的，有的甚至是密不可分的（如屏蔽体一般都需要接地），单独使用任何一种防护措施，其效果都是非常有限的。所以，接地只是解决电磁兼容问题的主要技术措施之一，在实际工作中需要综合使用接地、屏蔽、滤波等技术措施，以保证良好的电磁兼容性。往期相关内容:
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