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标题: 【EMC设计大讲坛第2讲】关于接地的一些问题？ [打印本页]

作者: 钟科 时间: 2012-4-29 23:07
标题: 【EMC设计大讲坛第2讲】关于接地的一些问题？
各位大侠，小弟刚参加工作，见到一些产品，其内部主板与屏蔽机箱之间的接地有多种处理办法，想请教一下这些不同的处理方法从电磁兼容角度考虑都有神马优缺点，各适用于神马情况？请不吝赐教……

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作者: 桃花岛主 时间: 2012-4-29 23:11
在【EMC设计大讲坛第1讲】中详细分析过EMC测试的本质，在此就不在啰嗦了，总之，对大多数EMI和EMS测试来说，都考察的是共模，因此，产品的EMC问题主要与共模有关，而共模的问题其实是共模电流的问题，另外我们上初中时就明白一个道理，要形成电流，必须要有环路，所以，共模干扰的核心问题就是电流和环路，这就是我们设计时的重中之中。

   EMC中，接地就是对共模电流的疏导，通过接地，防止共模电流流出产品形成电磁干扰或流入产品影响设备稳定运行。而接地，一个是接水平参考接地平板，一个是接机壳，这都是针对金属外壳的产品，如你列举的方案1和2，对于塑料外壳的产品，可以加一个金属板，单板GND与金属板相连。

   对于你说的第1种方案，即单板通过螺柱与机箱直连，对大多数产品来说这种接地都是一种最优的方案，特别是对全屏蔽机箱（非插箱式），在很宽的频段范围内这种接地方式对共模干扰来说都是一种低阻抗。比如EMI，由于地线或地平面不可避免的存在阻抗，数字信号回流流过时，将产生共模电压源，那么，共模电流要通过机壳或参考接地板回到源头，金属外壳与GND直连时，在很宽的频段范围内连接阻抗很低，那么共模电流将主要通过机壳回到源头，可以避免通过I/O流出机箱，形成更大的共模环路，从而形成传导骚扰或辐射骚扰；对于EMS来说， GND与PGND连接阻抗低，那么注入到I/O线缆的共模电流首先经接口滤波到GND，然后通过机箱回到源头，从而避免共模电流流经板内，导致数字IC误动作。

   对于你说的第2种方案，通常有电容接地和磁珠接地，磁珠在高频时本来就是高阻抗，因此，如果GND与机箱通过磁珠相连，对于EMI和EMS的共模电流来说，都不能以最低的阻抗从机箱然后返回源头，那么，如果单板有I/O接口，则极有可能通过I/O线缆对参考接地平板的分布电容回到源头，那么此时共模电流环路将增大，根据电磁场与环路的关系，辐射也将增强；对EMS来说，共模电流会流经板内，在GND上产生共模电压源，与驱动电压叠加则可能造成数字IC误动作。电容接地方案通常比磁珠接地方案更常见，这种方案在低频时可以避免形成磁环路，高频时电容低阻则多点接地，因为电容仅能保证在某一频段保持低阻抗，因此，这种方案比较有争议，有的时候效果可能好些，因为GND与机箱直连时螺柱在高频时如超标频率点也是个电感，阻抗较大，此时如果GND通过电容与机箱连接，则电感与电容串联，由于发生串联谐振则可能对超标频率来说此时是个低阻，这种情况下电容接地就会相对直连接地来说有一定改善。一般情况下，电容接地方案更多的见于插箱设备，因为单板无法与机壳接地，只能通过面板与机壳连接，此时接地回路可能要通过一系列的搭接，阻抗比较高，所以电容接地谐振后或许会有一些改善。

   对于你说的第3种方案，塑料外壳产品，如果EMC性能要求比较严格，可以加金属平板，这个在【EMC设计大讲坛第1讲】已讲过，如果EMC要求不严或出于结构、成本等各方面考虑不能使用金属平板，则在设计时，一定要降低GND平面的阻抗，即地平面尽量完整，不要有孔及分割等，那么，当信号回流或外界注入的共模电流流经GND时，由于GND的阻抗很低，因此，产生的共模电压也有限，此时便可以提高塑料设备的EMC性能。

   以上3个方案的道理基本是相同的，画个EMI干扰时的共模电流路径图，大家可以体会下，EMS抗扰来说，道理是一样的。

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图中，GND上的共模电流，如果GND与机壳阻抗低（如方案1），则通过机壳返回源头，如果GND与机壳阻抗高（如方案2，磁珠或电容接地），则通过对外I/0线缆与参考接地板之间的分布电容这个环路回到源头，无疑此时共模电流流出机箱，这是对EMI来说，对于EMS，经接口滤波到GND的共模电流，如果GND与机箱接地阻抗高，则存在流经板内的风险，这里就不啰嗦了。

【EMC设计大讲坛第1讲】非金属机箱电路板下方放置一块金属板，能降低EMI吗？
http://bbs.emcbest.com/viewthread.php?tid=4741&extra=page%3D1

作者: 情感天下 时间: 2012-4-29 23:37
学习中。

作者: 楚狂人 时间: 2012-4-30 12:30
顶

作者: 钟科 时间: 2012-4-30 13:29
回复 2# 桃花岛主

基本看明白了，有两个问题：共模电流可以通过线地之间的分布电容流回源头，但是电路板与金属机箱之间应该也有分布电容的，可以通过这条路径回流么？线地分布电容的大小比起电路板与机箱的分布电容来大小如何？？？能否计算？
另外岛主说共模干扰的核心问题是电流和环路，，这个我觉得只要共模电压存在，不能形成环路的发射对于EMI来说更麻烦，在这些共模电压驱动下，一些条形金属件、板件之类都可能成为天线而对外辐射电磁波~~通过电磁波的形式形成环路流回源头

作者: 桃花岛主 时间: 2012-4-30 20:24
你说的对，电路板与金属机箱的分布电容很小，线缆与参考接地平板的要远大于它，因此，影响更突出，这也是为什么大多数EMC问题与线缆有关；

其实天线对地也是一条环路，当电磁场波阻抗小于自由空间波阻抗（377欧）时就辐射出来了，这个你可以认为是天线对地的环路，一般不直观而已。

作者: jiuaibaofengyu 时间: 2012-5-18 17:07
回复 6# 桃花岛主

请问对于带金属外壳的产品，外壳接大地和不接大地，共模干扰又如何分析

作者: vistior 时间: 2012-6-8 21:57
专业

作者: xk123 时间: 2012-7-27 16:06
呵呵，非常好的问题，学习了

作者: chiyu 时间: 2012-9-2 18:30
学习了，谢谢

作者: 曹方平 时间: 2012-9-5 22:22
请问桃花岛主几个问题；1、如果产品外加+6KV的电压至产品外壳，如果单板通过螺柱与机箱直连，那PCB的地会不会有影响？能不能具体分析一下其回流路劲？2、一般I/O口频率如果很高，根据肌肤效应，其回流路劲应该是电缆线的外表面，怎么会是通过电容耦合呢？主要的回流路劲还是电缆线。

作者: walterP 时间: 2012-9-17 16:52
如果io接口外壳与机箱外壳接触良好，那么应该是直接通过外壳回去吧

作者: 桃花岛主 时间: 2012-9-28 22:07
回复 11# 曹方平

前面说过，EMC测试主要是共模测试，静电测试也是如此；对于任何电流，都走阻抗最低的路径，静电打到机壳，比如螺钉，主要还是通过机壳到接地线然后到参考接地平板；如果到信号线，一般I/O口有防护，还是通过防护到GND，然后通过螺钉到机壳，但是要注意，PCB的GND阻抗一定要小，不要分割等，这样即使共模电流流过也不会产生影响。

I/O线缆上如果有共模的东西，还是通过分布参数到参考接地平板。

作者: qilinjian2008 时间: 2012-12-7 15:46
很不错，持续关注中~~

作者: rise-esd 时间: 2013-3-5 11:57
回复 2# 桃花岛主

岛主的讲解，看不懂

作者: 钟科 时间: 2013-8-13 22:12
PCB中的GND本来就是作为信号电流的回流路径来使用的，它上面的共模电流不会太大吧，PCB的GND上会有强干扰源么？是否GND层作为信号层电流的回流路径，而GND接机壳地又是让机壳地作为GND层上共模电流的回流路径，这样是不是必须要多点接地才行，不然容易形成大的电流回路？？？？

作者: 桃花岛主 时间: 2013-8-13 23:23

钟科发表于 2013-8-13 22:12
PCB中的GND本来就是作为信号电流的回流路径来使用的，它上面的共模电流不会太大吧，PCB的GND上会有强干扰源 ...

可以这样认为，因为I/O线缆中通常也包括地线，这个和GND平面相连，如果GND不接机壳的话，GND上共模环路更大。

作者: liuwanlihao1 时间: 2015-8-30 20:55
学习了..............讲解的很好

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