电磁兼容是工程师在设计中必须要考虑的一个重要标准,那么为什么接地可以抗干扰?大家都知道接地、屏蔽、滤波并称为电磁兼容的三大抑制技术。我们下面来详解电磁兼容与抗干扰技术。

 

接地技术
一、接地技术的设计特点

1、与传统设计不同,电磁兼容性设计的手段、方法和指标要求并不具有明确的数值关系。有时经验和试验比理论分析更具有价值。

 

2、具有效果突出、经济性好的优点。

 

3 、看似容易但又难以掌握的一种抑制干扰的方法。

 

二、基本概念

按接地的作用分为保护性接地和功能性接地两类。地线为电流回流提供一条低阻抗路径和为电路或系统提供等电位参考点或面。

 

1、保护性接地又分为:

1)防电击接地:防止电器设备绝缘损坏导致击穿或漏电,为故障电流进入大地提供一个低阻抗通道。

2)防雷接地:为雷击电流提供泄放通道。

3)防静电接地:防止由于静电积累对人体和设备造成危害,为静电电荷提供泄漏通道及时将静电引入大地。

 

2、功能性接地又分为:

1)悬浮地:悬浮地是指设备的地线系统与壳体构件的接大地系统在电气上相互绝缘,以防止壳体构件中的电磁干扰传导到设备中去。

但悬浮地的设备容易出现静电积累,当积累到一定程度会发生静电放电,特别是处在雷电的环境中。当电网相线一旦与壳体短路也会引起触电危险。为了消除静电放电,绝缘电阻应控制在 100k~100M 范围内。所以悬浮地方式不宜用于通信系统。

2)单点接地:把整个系统中某一结构点作为接地基准点,系统中所有各单元的信号地都连接到这一点上。其中又分并联单点接地和串联单点接地。

 

串联单点接地优点:简单缺点:有公共阻抗耦合

并联单点接地优点:无公共阻抗耦合缺点:接地线过长高频能差

串、并联单点接地

a)串联单点接地因各单元共用一条接地基准线,易引起公共地阻抗耦合。为了减小公共地阻抗耦合,多级电路低电平输入级的接地点应最接近参考地,若把参考地移到高电平端,会造成输入级接地点对参考地的电位差最大,是极不稳定的。

b)并联单点接地在低频时能有效避免各单元之间的地阻抗干扰,高频时相邻地线之间的电感和电容耦合增强,造成各单元之间的相互干扰。所以并联单点接地适用于频率《1MHz 场合。

3)多点接地设备中的各个接地点都就近接到接地平面上,使接地线最短。接地平面可以是低板或机壳。注意接地平面与接地基准线是有很大区别的。多点接地常用于》30MHz 的频率上。

4)混合接地为了抑制地线耦合,工程应用时根据不同接地的特点常常采用混合接地方式,即采用串联和并联单点接地的混合接地和单点和多点接地的混合接地。

 

三、应用举例

1)串、并联单点接地混合使用方法是采用编组方法即根据设备的功率和运行电平进行编组。把低功率和敏感设备编为一阻;一般设备编为一组;高功率及干扰大的设备编为一组。各组内采串联单点接地,各组间采用并联单点接地。

2)电子设备的混合接地,把设备的地线分成电源地与信号地。设备中各部分电源地线都接到电源总地线上而信号总地线汇集到公共参考地。

 

a)电源地

电源为许多电路所公用,除能在负载电流变化时,为所有负载提供恒定电源电压外,不允许成为这些电路相互耦合的通道,避免地电位的波动对这些电路造成影响。为了减少电源线对负载产生的骚扰,电源线的一端必须良好接地。具有交流和直流系统的产品,应分别建立交流,直流接地通路,并在接地平面上相互隔离以减少地线间的耦合。直流供电系统,应使正极接地,以防止带电导线受到电化学腐蚀。

 

b)信号地

由于电源地线上两点间的电压有几毫伏~几伏的范围,对信号电平来讲是非常严重的骚扰。因此电源地线不能用作信号地线。信号线应有自己的地线。

 

c)屏蔽地不能将屏蔽体本身作为回流导体,屏蔽体应单点和接地平面相连。屏蔽电缆长度1/6时,为低频电缆,对低频电场,屏蔽要求在接收端单点接地;对低频磁场,屏蔽要求在两端接地。屏蔽电缆长度1/6时,为高频电缆,要求多点接地,除两端接地外,并以 1/6或 1/10的间隔接地。电缆屏蔽层应与屏蔽体之间构成 3600 端接,成为屏蔽体的延伸端。

 

四、地环路耦合

任何地线既有电阻又有电抗,当有电流通过时,地线上必然产生压降,两个不同接地点之间必然存在地电压。当电路多点接地,而各电路间又有信号线联系时将构成地环路,产生共模电流并在负载两端产生差模电压,对有用信号构成骚扰。抑制方法是切断地环路或在两个电路间插入隔离变压器、共模扼流圈、光电耦合器。

 

五、抑制地线耦合的途径

1、插入隔离变压器这时地噪声出现在变压器的绕组间而不是电路的输入端。噪声耦合主要受变压器绕组间分布电容的影响,所以绕组间要采用法拉弟屏蔽。它的缺点是:体积大、频响有限、不能通直流、电路间有多少个信号就需要多少个变压器。

 

2、光隔离器

这时地噪声出现光耦上而不是电路的输入端。光隔离器或光纤是一种非常有效的方法,特别是两个接地间有很大的电压差(甚至几千伏)时最有效。在数字电路中光耦尤其有用,但因光耦的线性不理想,所以不太适合用于模拟电路,除非采用光反馈技术来补偿固有的非线性。

 

3、共模扼流圈

共模扼流圈可以在传输直流和差模信号的同时抑制共模交流信号。这时地噪声出现在扼流圈的线圈上而不是电路的输入端。由于共模扼流圈对传输的差模信号没有影响,所以多个信号线可以绕在同一个磁芯上,而相互之间不会串扰。