资深工程师讲解@@EMC设计之接地@@技巧@@

 屏蔽@@、滤波@@、接地@@是@@EMC设计中@@常见的三大方法@@,其中@@接地@@作为电路设计最基础的内容@@,却几乎没人能够说得清楚@@,如何才能做好接地@@设计呢@@?下文由资深@@EMC设计工程师为您一@@针见血地@@道出接地@@问题的本质@@,分享@@EMC设计中@@的接地@@技巧@@。

几乎每次的培训和交流都会有人问到@@“老师@@,有没有@@一@@种通用的接地@@方法可以参考啊@@?”答案是肯定的@@:“没有@@”。那咋办呢@@,我们总不能像中@@国的厨师一@@样@@,教徒弟炒菜时@@,用到的配料都是@@“少许@@”“颜色微黄@@”“微焦@@”等感觉性词语吧@@,当然不是@@。为了更好的明了接地@@的技巧方法@@,下文中@@将不再讲究任何的文字@@技巧@@,而是一@@针见血的道出接地@@问题的本质来@@。

接地@@方式@@←接地@@目的@@←接地@@的功能@@,所以采取哪种接地@@方式@@@@,要看地@@是哪类地@@@@,这类地@@的作用目的是什么@@,这两个问题解决了@@,接地@@方式@@则可水到渠成@@。

接地@@的目的决定了接地@@方式@@@@。同样的电路@@,不同的目的@@,可能都要采取不同的接地@@方式@@@@。这个观点一@@定记住@@。比如同样的电路@@@@,用在@@便携设备@@上@@,静电累积泄放不掉@@,接地@@的目的是地@@电位均衡@@;用在@@不可移动的设备@@上@@,一@@般会有安全接地@@@@措施@@,对静电泄放的接地@@目的@@是导通阻抗足够低@@,尤其是对于尖峰脉冲的高频导通阻抗@@。

以下讲解地@@的注意@@事项分成几个独立的观点分别介绍@@,每一@@条的内容虽然简单@@,建议一@@定反复读上@@N遍@@,象面对一@@杯好茶@@,让心跳在@@@@60bpm以下的状态@@,细细的品@@,感觉其中@@的美感和内涵@@。然后才可能从简单的词语中@@悟出深刻的道理来@@。

1、从性能分@@,接地@@分成四类@@:

安全接地@@@@、工作接地@@@@(数字@@地@@@@、模拟地@@@@、功率器件地@@@@)、防浪涌接地@@@@(雷击浪涌@@、上电浪涌@@)、防静电接地@@@@。

前文书中@@讲过@@,“接地@@的目的决定了接地@@方式@@@@”,目的即指其实现的功能@@。基本上所有的接地@@都可以归结到这四类里面来@@。每个接地@@前都要先明确该接地@@属于哪一@@种@@。

2、接地@@追求的目标是地@@阻抗低@@、地@@稳定@@、地@@均衡@@。

地@@阻抗低很好理解@@,用粗的线缆即可@@,但有一@@个问题一@@定不能忽视@@,比如我通过一@@个大电感接地@@了@@,如果地@@线上跑的地@@电流的波动频率是@@0.00000001Hz,这个大电感的感性效应表现得就很不明显@@,等同于直接接地@@了@@,但如果@@波动电流是@@1000000Hz的话@@,感抗@@=jωL=j2πfL,就显得很大了@@,这种情况下@@,相当于高频接地@@@@很差@@。各位看官可能会说了@@,你胡来吧你@@,谁会用个大电感接地@@呢@@,第一@@是在@@某种状态下会有这种方式的@@,第二@@是即使不这样接个电感@@,普通电缆的走线电感在@@高频下也是不容忽视的@@。总结为一@@句话@@,低频接地@@@@≠高频接地@@@@。即低阻抗的接地@@要分析是属于高频还是低频的接地@@@@。

地@@稳定@@是比较@@好理解的@@,一@@般来说@@,接地@@阻抗足够低的话@@@@,地@@电流泻放容易@@,且不会在@@底线上产生啥子压降@@,就如一@@个超大的电容@@,电荷的海洋@@,具有无限宽广的胸怀@@,多少进来都波澜不惊@@。

地@@均衡@@比较@@容易被忽视@@,对于一@@个信号来说@@,有用部分是两条线上的压差@@,如果地@@线漂移了@@,两条线上对地@@线的压差同等的上升或@@下降@@,即差模电压值维持不变@@,共模电压发生变化@@,其实电路功能是照常实现的@@。就像水涨船高@@,您比我高@@3cm,站在@@船上@@,船上浮了@@,您依然还是高我@@3cm。这种情况在@@静电防护的时候常用到@@,一@@个静电脉冲通过空气打到电路板上@@,针对局部的电路@@,距离远近的不同@@,肯定会导致产生静电感应的压差@@。这时候用一@@块金属板隔一@@下的话@@@@,即使该金属板浮空@@,对金属板后面的电路板来说@@,感应的将是均匀的电场@@,虽然感应干扰仍然存在@@@@,但起码电路上是基本均衡的@@。当然如果此金属板接地@@更好啦@@。当然共模电压一@@般不会维持住@@,因为传输线的阻抗不均匀@@,往往会转成差模电压干扰@@,地@@均衡@@的问题最好不要让我们面对@@,但没办法的时候@@,如浮地@@设备@@@@,不得不受到静电冲击的电路板@@,防护时候要考虑地@@均衡@@问题@@。

3、共地@@阻抗耦合干扰@@

共地@@阻抗耦合干扰@@是接地@@里面每天都要面对的核心问题@@,并且几乎逃避不开@@。就像电影院里散场的时候@@,你从最里头的一@@号厅出来@@,没几个人@@,走来很通畅@@,突然二@@号厅也散场了@@,一@@下子@@通道就拥挤了@@,再继续前行@@,坏了@@,三号厅正在@@放观众入场@@,一@@下子@@,人流就波动起来了@@。这和共地@@阻抗是一@@个原理@@,通道相当于地@@线@@,人相当于电流@@。如果一@@@@、二@@、三号厅流动的人差不多@@,相互之间影响不太大@@,但如果@@3号厅是大厅@@,人员是一@@@@、二@@号厅的好多倍@@,那进出三号厅的人员将会对一@@@@、二@@号厅人员流动速度的影响很大@@。一@@、二@@、三号艇的客人都要走过的这段路就成了共地@@阻抗@@。

以下图@@为例@@,图@@1中@@,RAB段的电阻就是共地@@阻抗部分@@,流过这段的地@@电流@@Io、Ia、Id三部分在@@这段会相互影响@@;如果这三个电流差别较@@大@@,差出了@@1-2个数量级的话@@@@,相互之间的影响就不可以忽视了@@,尤其是某个弱地@@电流支路是用于定量测量@@、放大或@@@@AD转换电路的时候@@;图@@2则把@@Id对另外两个之路的影响隔离掉了@@;图@@3则是三个地@@电流全部分别隔离了@@。

RAB段的电阻就是共地@@阻抗部分@@

4、较@@通用型的接地@@方法@@

这个标题用了个@@“较@@”字@@,是有原因的@@,因为通用的接地@@方法根本不存在@@@@,这只是个基础的模型@@,真正使用中@@的时候@@,还需要结合实际情况灵活变通处理@@,就像语言@@,同样一@@句话@@“你讨厌@@”,用不同语气讲出的时候@@,传递的信息可是千差万别@@。基本思路是@@,在@@设计上@@,把安全保护地@@@@、工作数字@@地@@@@@@、工作模拟地@@@@@@、工作功率地@@@@、雷击浪涌@@地@@@@、屏蔽@@地@@先确保各自独立的单独连接@@,最后在@@系统联调的时候@@,再根据各地@@之间@@要解决的问题@@,即根据接地@@的目的@@,将这几个地@@按照下列的之间的联接方式处理下@@,连接方式包括@@:

a地@@——地@@间黄绿导线直联@@

这种接法最好理解@@,就是简单的使两个地@@可靠的低阻抗导通@@。但切记@@,此种接法仅限于中@@低频信号电路地@@之间@@的接法@@。因为这类导线上有一@@定的走线电感和走线电阻@@,对高频波动地@@电流@@,在@@电感作用下@@,电缆起到的是大阻抗的作用@@,相当于低频接地@@@@@@,高频下大阻抗接地@@了@@,基本不能实现高频下的可靠导通@@。

b地@@——地@@间宽扁平电缆直联@@

扁平电缆主要是解决上面导线直联不能解决的问题@@,静电测试工作台的接地@@电缆不用直线就是这个道理@@,它在@@高频下可以实现地@@阻抗对地@@导通@@。

c地@@——地@@间大电阻连接@@

大电阻的特点是一@@旦电阻两端出现压差@@,就会产生很弱的导通电流@@,把地@@线上电荷泻放掉之后@@,最终实现两端的压差@@=0V,这个特点在@@希望电荷泻放@@,但又不希望快速泻放的时候@@,会表现得淋漓尽致@@。生产工作现场的防静电台垫@@,导通电阻一@@般是@@106-109欧@@,就是这个目的@@。防静电台垫相当于是工作电路板的地@@与保护大地@@间的大电阻@@。c地@@——地@@间电容连接电容的特性是直流截止@@,交流导通@@,对希望实现这类功能的场合可以考虑采取此方法@@。比如一@@个开关电源供电的产品@@,外壳和保护接地@@连接@@,里面的电路板上的地@@有杂乱波动干扰@@,但又无处泻放的话@@@@,在@@24V、12V、5V等的直流电源地@@与保护接地@@间跨接大电容@@,波动可以被泻放掉@@,但直流成分能保证是较@@稳的@@;注意@@,这种情况下@@,保护地@@和外壳地@@的稳定不能保证的话@@@@,效果可能会适得其反欧@@@@。

d地@@——地@@间磁珠连接@@

在@@这里@@,磁珠的特性需要明确一@@下@@,很多工程师经常把磁珠与电感划等号@@,这是根本性错误@@。磁珠等同于一@@个随频率变化的电阻@@,它表现的是电阻特性@@,是耗损性质的@@;电感则是储能性质的@@,相当于销峰填谷@@。所以跨接磁珠的地@@之间@@一@@般是有快速小电流波动的状态@@,因为磁珠会饱和@@,电流太大了@@,它消耗不了@@。一@@般用在@@弱信号的地@@@@——地@@之间@@。

e地@@——地@@间电感连接@@

电感具有抑制电路状态变化的特性@@,通过电感的连接@@,可以销峰填谷@@,对于有较@@大电流波动的地@@@@——地@@,跨接电感可以解决这个问题@@。

f地@@——地@@间小电阻连接@@

小电阻要解决的问题是增加了一@@个阻尼@@,阻碍地@@电流快速变化的过冲@@,在@@电流变化时候@@,使冲击电流上升沿变缓@@,相当于晶振输出端@@、总线输出端为减少过冲振铃的匹配电阻@@。

5、安全地@@@@、防雷击浪涌@@接地@@的接法@@

因为雷击浪涌@@@@、安全地@@@@的电流一@@般会远大于信号电流对人的危害@@,这两个接地@@建议分别单独接到大地@@@@,在@@真正的大地@@处单点相接@@,尤其是防雷击接地@@@@。

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