电子信息设备电磁兼容性接地技术

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摘要：接地是电磁兼容技术中的一项重要技术，也是任何电子设备正常工作时必须采取的重要技术。它不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是抑制电磁干扰，保障电子设备电磁兼容性，提高设备工作可靠性的重要技术措施。本文阐述了接地的分类，分析了抑制地回路干扰的几种技术措施，包括接地方式的选择、接地点的选择等。

关键词：电子设备；接地；干扰；抗干扰

中图分类号：TN97

Grounding Technique of EMC in Electron and Information Equipment

Abstract: Grounding is an important technique of EMC. It is the method to improve the reliability of the device performance. This paper describes the classes of grounding, several methods to restrain the interference of ground loop including the chosen grounding method, the grounding point, etc.

Keywords: electronic equipment；grounding； interference； Anti-interference

0 引言

随着信息产业的迅猛发展，电磁干扰对电子设备正常工作的影响越来越突出，为了使这些设备或系统在其所处的复杂电磁环境中能够正常工作，而又不对该环境外或处在该环境中的其他设备或系统产生超过允许范围的电磁干扰，对这些设备或系统产生电磁干扰的原因和抑制电磁干扰的方法的研究和设计也就愈来俞重要，由此产生了一门新生的学科既电磁兼容（EMC），接地问题就是电子设备（或系统）电磁兼容技术中最重要的研究课题之一。本文探讨了电子信息系统电磁兼容性接地技术，包括接地类型、接地方式的选择等。

1 接地类型

接地，目的是为了保证电气设备的可靠运行和人身、设备的安全；方法是把电气设备的某一部分通过接地装置和大地相连接；或是电器设备与某一基准点作电气连接，即接基准地。

接地的类型可分为功能性接地、安全性接地及二者合一的接地。

1.1功能性接地

（1）在正常工作情况下，为保证电网与电气设备的可靠运行而进行的接地，称交流工作接地。

（2）某些电子设备的工作接地（如信号接地、逻辑接地、及某些通信设备的正极接地）称为直流工作接地。

1.2 安全性接地

在电网与电气设备故障时，为保证人身和设备的安全而进行的接地，称安全性接地。安全接地又可分为接大地和接PE保护线两种。

（1）保护接地。电气装置外露导电部分和装置外露导电部分在故障情况下可能带电压，而危害人身安全，应将其接地（如电气设备的金属外壳的接地、母线的金属支架的接地等）。

（2）防雷电波侵入的接地。供电线路，通信线路，金属管道架空或埋地引入建筑物时，在其入口处应接地或作等电位连接。

（3）过电压保护接地。如电气设备或线路的防雷接地及建筑物的防雷接地等。

（4）防静电接地。如计算机房、洁净室、手术室等采用防静电地板的接地，及输送某些液体或气体的金属管道的接地等。

1.3 屏蔽接地

屏蔽接地就是将功能性与保护性结合在一起的接地。是为了防止和抑制电磁感应干扰，而将电气干扰源引入大地的接地。如某些电气或电子设备的金属外壳、屏蔽罩的接地，屏蔽线缆的接地等。

电子信息系统接地方式的设计

2.1 独立接地式与共用接地式

现今设计的接地系统都是把工作地、保护地（包括屏蔽接地）共同合用一组接地装置，即共用接地系统（又称联合接地系统）。利用建筑物的基础钢筋地网作为共用接地系统的接地装置，且接地电阻不应大于1Ω。并按照“法拉第屏蔽”原理，利用建筑物的结构钢筋及结合总等电位连接和辅助（或局部）等电位的措施构成一个全屏蔽的电位均衡的共用接地系统，这样既可有效防止雷击损坏楼内设备，还能屏蔽外来的电磁干扰。

对于电子信息系统，首先由于信息与数据处理设备在进行输入信息、传输信息、转换能量、放大信号、逻辑动作、输出信息等一系列过程中都是通过微电位或微电流快速进行，且设备之间常要通过互联网进行工作。因此为了使其准确性高，稳定性好，除了需要一个稳定的供电电源外，还必须具备一个稳定的基准电位，为提供该基准电位而设置的“地”，既“直流地”。此外各种用途的接地很难做到电导隔离，特别是电场和磁场隔离，因而采取直流接大地的方式。而不采用直流地悬浮。那么直流接地是采取独立的引外接地还是也利用共用接地系统呢？

若采用独立直流接大地方式，为避免不同系统接地而引入不同电位，导致人身和设备事故，其各接地装置的接地体之间的距离、及接地电阻等应按电子信息系统及有关规范的要求确定。此外信息处理设备作独立引外接地时，在外引接地入口处须将它与大楼地网间装设均压放电器。否则会发生严重雷击事故。

90年代以来，按国家规范 ，其主要原则是采用共地式。共用接地体为各种接地提供所需的基准零电位，由此分别引出各种功能接地引线，电子设备的直流接地也利用该共用地网。

2.2 单点接地、多点接地及混合接地

恰当良好的接地是抑制电磁干扰的重要方法，而不良的接地会成为电磁干扰传播的主要途径，甚至接地本身成为主要干扰源

（1）低频电路采用单点接地

电子信息系统中某一点作为接地基准点，其他各单元的信号地都直接联到这一点上。单点接地可以避免形成地线回路，防止通过地线回路的电流传播干扰。

采用单点接地方式，往往会使接地线的长度较长，在高频的情况下起不到接地的作用。当接地线的长度达到1/4波长时，接地线不能传输能量，地线变成了辐射天线，而不能起到“地”的作用。因此，在采用单点接地的系统中，要分析系统中的信号频谱成分和干扰频谱成分，特别要注意对脉冲频谱的分析。

单点接地一般只适用于1MHz以下的低频电路。

为实现低频电路的单点接地，可采用并联式单点接地，或采用串联式单点接地。如图1所示。

串联式单点接地方式较简单，省工省料，但因各单元共用一条线，易引起公共地阻抗干扰。

从抑制干扰的角度看，串联式单点接地是性能最差的接地方式，而并联式单点接地是低频电路最佳的接地方法。

（2）高频电路采用多点接地

所谓“多点接地”是指电子系统中各设备的接地点都直接接到距它最近的接地母线上，如图2所示。多点接地的优点是接地线较短，从而大大减小高频阻抗。另外，高频电子设备往往以镀银底版作为接地母线，以减小表面阻抗，便于设备内各级电路就近直接与它相连，达到低阻抗的要求。多点接地的缺点是设备或系统内部形成很多地线回路，造成地环路干扰，这对系统内同时使用的具有较低频率的电路会产生不良影响。当有这种情况时，可以改用混合接地。

多点接地一般适用于10MHz以上的高频电路。

对于1MHz~10MHz之间的电路，只要最长接地线的长度小于0.05λ，可采用单点接地，否则采用多点接地。

（3）宽频带电路采用混合接地

如果电路的工作频带较宽，在低频情况需要采用单点接地，而在高频时又需要采用多点接地，此时，可采用混合接地。

电子信息设备接地点的设计

2.1 放大器与信号源的接地点选择

（1）对于信号源与放大器连接的电路，如果采用两点接地，即在信号源端和放大器端均接地，则两接地点之间产生电位差，其将与信号源电压叠加加至放大器输入端。为抑制接地干扰电压对放大器输入端的干扰，应采用一点接地。如果在信号源端接地，放大器端不接地，则需要使用差分放大器。通常的方法是选择放大器端接地，而信号源端悬浮。

（2）对于低频电路使用的屏蔽电缆，其屏蔽体应采用单点接地。但要注意对于信号源和放大器之间的信号电缆屏蔽体单点接地时接地点的正确选择。其接地点的选择有如下两种情形：

1）放大器接地、信号源不接地的情形。如图3所示。电缆屏蔽体的接地点可以有三处，如图中虚线A、B、C。图中Vg1为放大器公共端对地的电位，Vg2为信号源端与放大器端两地之间的电位差，C1、C2及C3分别为电缆芯线与屏蔽体间及两芯线间的分布电容。

分析证明：屏蔽体经导线A接地时，Vg1、Vg2经C1、C3分压将一附加的干扰电压加至放大器的输入端；屏蔽体经B接地时，Vg1经C1、C3分压将一附加的干扰电压加至放大器的输入端；只有屏蔽体经导线C接地时，Vg1、Vg2在放大器输入端无响应。

因此，对于放大器接地、信号源不接地的情形，应把屏蔽体接在放大器的公共端上。

2）放大器不接地、信号源接地的情形，应把屏蔽体接在信号源的公共参考点上。如图4所示。

2.2 多级电路接地点的选择

多极电路采用单点接地时，接地点位置的选择十分重要。接地点应选在低电平的输入端，使该端最接近于基准电位。这样输入级的接地线也可缩短，使受干扰的可能性尽量减小。反之，若把接地点选在高电平端，则会使输入级的地相对于基准电位有较大的电位差，接地线也最长，就容易受到干扰。

以串联式单点接地为例，设电路为1、2、3 三级，电平依次由低到高，比较图5所示的两种接地点位置。当接地点选在靠近高电平电路3的C点附近时，如图5（a），低电平级电路1的A点对地电位为

而当接地点选在靠近低电平电路1的D点附近时，如图5（b），低电平级电路1的D点对地电位为

比较式上面两式，当两接地线段的电阻相同时，即，则有UA＞UD。这表明多级电路接地点选在靠近低电平级电路地输入端时，地电位产生的干扰最小。

4. 结束语

电子信息系统中的干扰来源是多方面及多渠道的，各种接地方式各有其适用范围，因而无论采用那种单一的接地方式，都很难绝对解决电磁干扰的问题，因此要综合考虑系统中各种接地的要求，才能保证整个系统良好的抑制干扰从而安全稳定的运行。

【参考文献】

[1]：杨克俊.电磁兼容原理与设计技术[M] 北京：人民邮电出版社，2004

[2]：GB50057―94（2000版）《建筑物防雷设计规范》

[3]：GB50343―2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》

[4] ：刘继，孙嘉平，张伟钹等 .电子、电信、信息系统和大型计算机系统的接地与电磁兼容标准中存在的若干问题[J]. 中国电力，第37卷第1期，2004

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