电路设计中三种常用接地方法

显示全部楼层 · 2024-2-23 08:45:07

众所周知，良好的EMC设计离不开优秀的接地，本文详细介绍三种常用接地方法。

一、地的分割与汇接

接地是抑制电磁干扰、提高电子设备EMC性能的重要手段之一。正确的接地既能提高产品抑制电磁干扰的能力，又能减少产品对外的EMI发射。

二、接地的含义

电子设备的“地”通常有两种含义：一种是“大地”（安全地），另一种是“系统基准地”（信号地）。接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。“接大地”就是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连接。把接地平面与大地连接，往往是出于以下考虑：

1.提高设备电路系统工作的稳定性；

2.静电泄放；

3.为工作人员提供安全保障。

三、接地的目的

1.安全考虑，即保护接地；

2.为信号电压提供一个稳定的零电位参考点（信号地或系统地）；

3.屏蔽接地。

四、常见三种接地方法

1. 单点接地

单点接地，顾名思义，就是把电路中所有回路都接到一个单一的，相同的参考电位点上。

单点接地可以分为“串联接地”和“并联接地”两种方式。串联单点接地的方式简单，但是存在共同地线的原因，导致存在公共地线阻抗，如果此时串联在一起的是功率相差很大的电路，那么互相干扰就非常严重。并联单点接地的方式可以避免公共地线耦合的因素，但是每部分电路都需要引地线到接地点上，需要的地线就过多，不实用。

所以，在实际应用时，可以采用串联和并联混合的单点接地方式。在画PCB板时，把互相不易干扰的电路放一层，把互相容易发生干扰的电路放不同层，再把不同层的地并联接地。如下图所示。

单点接地在高频电路里面，因为地线长，地线的阻抗是永远避免不了的因素，所以并不适用，那怎么办呢？下面再介绍“多点接地”。

2. 多点接地

当电路工作频率较高时，想象一下高频信号在沿着地线传播时，所到之处影响周边电路会有多么严重，因此所有电路就要就近接到地上，地线要求最短，多点接地就产生了。多点接地，其目的是为了降低地线的阻抗，在高频(f 一定的条件下)电路中，要降低阻抗，主要从两个方面去考虑，一是减小地线电阻，二是减小地线感抗。

a.减小地线导体电阻，从电阻与横截面的关系公式中我们知道，要增加地线导通的横截面积。但是在高频环境中，存在一种高频电流的趋肤效应(也叫集肤效应)，高频电流会在导体表面通过，所以单纯增大地线导体的横截面积往往作用不大。可以考虑在导体表面镀银，因为银的导电性较其他导电物质优秀，故而会降低导体电阻。

b.减小地线的感抗，最好的方法就是增大地线的面积。在实际应用时，地线短，地面积大，抗干扰的效果就会更好。

写到这里时，可能有人会问，如何才算是高频电路？“通常1MHZ以下算低频电路，可以采用单点接地，10MHZ以上算高频电路，可以采用多点接地的方式”，1MHZ和10MHZ时，如果最长地线不超过波长的1/20，可以单点接地，否则多点接地。如图所示：

3. 混合接地

如图所示，通过图来分析。

上图中的第一种结构，假定工作在低频电路中，根据容抗Zc = 1/2πfc可知，容抗在低频环境下很大，而高频环境下很小。那么地线在低频时是断开的，在受到高频干扰时接近导通。如此接法可以有效避开地线环路的干扰影响。

上图中的第二种结构，假定工作在高频电路中，根据感抗Zl = 2πfl可知，感抗在低频环境下很小，而高频环境下很大。那么地线在低频时是类似导通的，在受到高频干扰时是断开。如此接法可以有效避开地环路电流的影响。

综述，在实际应用中，电路根据工作环境采用合适的接地方式可以有效避开干扰信号，达到电路的最优效果，混合接地会是个好选择！

五、总结

对于接地的一般选取原则如下：

1.低频电路（<1mhz），建议采用单点接地；

2.高频电路（>10MHZ），建议采用多点接地；

3.高低频混合电路，混合接地。

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