電磁兼容設計中的地線干擾與抑制分析

陸圣喜

【摘要】隨著科學技術的發展與進步為我國社會的發展提供了巨大的幫助，不斷的豐富著人們的生活，在人們生產、生活當中電子信息技術對其產生了非常大的影響。但是電子信息技術在發展的過程中會經常的受到電磁的干擾，對此，電子信息的可靠性上受到了非常嚴重的影響。隨著不斷的使用電子和電氣設備，各種頻率的電磁波都出現在了我們的生活當中，對此，為確保電子設備能夠高效安全的運行，文章通過下文對電磁兼容設計中的地線干擾和抑制上進行了闡述，為促進我國電子信息技術的發展提供一定的幫助。

【關鍵詞】電磁兼容;地線干擾;抑制分析

進入21世紀以來，科學技術在我們國家當中進入了一個全新發展的階段，為我國各項工作的展開帶來了巨大的推動作用。在電子信息應用的過程中，電磁波是影響電子信息質量的一個關鍵因素，同時，也是電子信息裝置的一個干擾源，并且在這其中地線阻抗的存在成為了電磁干擾的主要原因。對此，為了能夠降低或者抑制這種電磁干擾的情況，對電磁兼容設計中的地線干擾與抑制上進行分析就顯得非常必要。

一、地線的主要含義

對地線的基本定義：電位電路基準點的等電位就是利用地線表示出來的，但是在現實當中，這個定義還不夠完備，因為電位在實際的地線上并非以恒定的形式存在。一旦在對地線上各個點之間的電位運用儀表進行測量的時候，會覺察到有很大的差距存在于地線的各個點中，可以說電路運行當中的異常情況就是由于這些電位差而產生的，并且對底線的定義只是人們期望的地線電位。

一個更加符合實際的定義是有Henry給出來的，它把地線這樣進行定義：信號向著源低阻抗路徑運行，對地線中電流的流動上能夠通過這個定義很好的凸顯出來。依據這個定義方式，分析地線中單位差出現的原因。因此，就能夠很容易的進行理解，因為歸零的情況是不可能出現在地線的阻抗當中，當有限的阻抗中流過電流的時候，電壓降就會出現在其中。 所以，應該拿大海中的海浪來比喻地線當中的電位，永不間斷。

二、地線當中的阻抗

地線當中存在的一些阻抗導致地線當中每個點位當中的電位差可以引起誤動作的情況出現在電路當中，因此面對的這樣的情況一些人會費解，當使用歐姆表對地線中電阻進行測量的時候，通常是以毫歐姆級將地線的電阻表示出來，在這樣小的電阻當中流過的電流而這樣大的電壓降是怎樣出現的，并造成異常的情況出現電路當中。

將這個問題探究明白，對導線阻抗和電阻這兩個不同的概念首先要明確區分。電阻是指在直流的形式下電流通過導線表現出來的電阻，對應的阻抗是指導線對電流的一些阻抗會在交流的狀態下呈現出來，主要是通過導線的電感引起了這種阻抗形式。電感會存在于任何導線當中，當有較高頻率通過的時候，直流電阻會遠遠的小于導線的阻抗。在具體的電路當中，出現電磁干擾的信號通常的情況都是脈沖的信號，充足的高頻成分包含在了脈沖的信號當中，因此就會有較大的電壓出現在地線上。就數字的電路來說，有很高的工作頻率存在于電路當中，所以數字電路受到地線阻抗的影響是比較可觀的。

如果將直流電阻認為是10Hz時的阻抗近似，研究發現，在頻率變為10MHz的時候，就一米長的導線來說，它自身的阻抗會比直流電阻大很多。這樣就射頻的電流來說，在電流經過地線的時候，就會有很大的電壓降存在。

對此，我們通過試驗可以覺察到，為了將直流的電阻減小，將導線的直徑上進行增加會有很好的效果，但是對交流阻抗進行減小的時候，作用就不是很明顯。然而在電磁兼容的時候，交流的阻抗是我們最在意的，為了將交流的阻抗降低，并聯多根導線是最有效的辦法，并聯兩根導線時的電感可以這樣表示出來：

（M+L1）/2=L

在這個公式當中可以覺察到，當較遠的距離存在于兩根導線之間時，就會有較小的互感存在于他們之間，單根導線電感的1/2相當于總電感，因此，在將接地電阻減小的時候，可以利用多條電阻接地。但是需要注意，不能有過近的距離存在于多跟導線之間。

三、干擾原理

1.地環路當中的干擾

兩個接地的電路用圖1表示出來。因為存在著地線的阻抗，當地線中有電流流過時，電壓就會出現在地線上。當有較大電流的時候，電壓可以增大，當有大功率的用電器在附近啟動的時候，很強的電流就會在地線中流過，電流會產生在兩個設備的連接電纜上。因為有一定的不平衡性會存在于電路中，不同的電流會存在于不同的導線上，這樣就會出現差模的電壓，影響整個電路，因為地線和電纜形成的環路電流產生了這種干擾，這樣變成了地環路干擾形式，通過外界電磁場感應出來地環路中的電流。

圖1 地環路干擾

2.公共阻抗形式的干擾

當一段地線被兩個電路共用時，因為地線中的阻抗，一個電路工作電流會調制另一電路的地電位。因此信號在一個電路中會向另一個電路中耦合，公共組抗耦合就是這種形式。如圖2所示：

圖2 公共阻抗耦合

由于較高頻率的信號會存在于數字電路中，較大的阻抗會出現在地線中，如果一段地線被不同的電路共用，公共阻抗耦合的情況因此就會出現。

四、具體的抑制措施

1.地環路措施

①把設備裝置浮地

一旦把一頭電路浮地，就將地環路切斷了，這樣地環路的電流就會被消除，但是需要注意兩個問題，首先，考慮到安全，電路浮地是不允許的，因此可以考慮通過一個電感將設備接地。

其次，雖然設備浮地，但是還會有寄生電容存在于地與設備之間，較低的阻抗會在電容頻率較高時被提供出來，這樣高頻地環路電流就不能很好的減小。

②對光隔離器進行使用

光信號傳輸法是另一種切斷環路的方式，對于解決地環路干擾問題，是一個很好的方式。另外，有兩種方法存在于用光連接中，分別是光耦器件和光纖連接。寄生電容在光耦當中通常為2pF，能夠在良好隔離的基礎以及很好的頻率下提供出來，而且幾乎沒有寄生電容存在于光纖當中。但是光耦器件的維護、成本、安全上要比它優越。

③對共模扼流圈進行使用

將共模扼流圈安裝在連接電纜上，就好比將地環路的阻抗增加了，因此，在地線電壓的影響下，就會減小地環路的電流。但是對共模扼流圈的寄生電容壓控制好，不然隔離高頻干擾的效果會非常不好，匝數在共模扼流圈當中越多，越大的寄生電容就會存在于其中，就會呈現出越差的高頻隔離效果。

2.將公共阻抗耦合消除

有兩種方式能偶消除公共阻抗中的耦合，首先是將公共地線當中的阻抗減小，這樣也隨之的減小了公共地線上的電壓，進而將公共阻抗的耦合控制好。其次，對有效的接地方式進行使用，防止易互相干擾的電路對地線共用，通常是防止地線被弱電電路和強電電路共用，或是地線被模擬電路和數字電路共用。

根據這樣的描述，地線的電感降低是減小地下阻抗的核心問題，利用扁平的導體來作為地線，或是在選擇地線的時候用多條距離較大的并聯導體。就印刷的線路板來說，為了將地線阻抗降低，可以將地線網格布置在雙層板上，將專門的一層作為多層板中的地線，盡管有很小的阻抗存在于其中，但是線路板的成本上就會被提升。

對合理的接地方式進行使用，防止用并聯單點接地的方式接地，可以按照這樣的做法進行：

接地的導線過多是并聯接地時的不足之處，所以在具體的應用當中，全部電路都是用并聯單點接地是沒有必要的，對于那些彼此之間干擾較低的電路，對串聯點接地的方式可以進行使用。比如說，可以按照弱信號、強信號、數字信號、模擬信號的形式將電路進行分類，然后將串聯單點接地應用到同類電路的內部，并聯單點接地應用在不同類型的電路當中。

五、結語

綜上所述，阻抗存在于地線當中是地線導致電磁干擾的主要原因，在地線當中有電流流過的時候，電壓就會出現在地線當中，地線噪聲的情況就會因此產生，所以，在這樣電壓的影響下，地線環路的電流就會因此形成，就會出線干擾的情況，對電子信息設備帶來影響。對此，面對這樣的情況，文章通過上述內容進行了詳細的闡述，并給出了一定的抑制措施，為有關技術工作人員提供一定的幫助。

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