电磁兼容设计中的地线干扰与抑制分析

陆圣喜

【摘要】随着科学技术的发展与进步为我国社会的发展提供了巨大的帮助，不断的丰富着人们的生活，在人们生产、生活当中电子信息技术对其产生了非常大的影响。但是电子信息技术在发展的过程中会经常的受到电磁的干扰，对此，电子信息的可靠性上受到了非常严重的影响。随着不断的使用电子和电气设备，各种频率的电磁波都出现在了我们的生活当中，对此，为确保电子设备能够高效安全的运行，文章通过下文对电磁兼容设计中的地线干扰和抑制上进行了阐述，为促进我国电子信息技术的发展提供一定的帮助。

【关键词】电磁兼容;地线干扰;抑制分析

进入21世纪以来，科学技术在我们国家当中进入了一个全新发展的阶段，为我国各项工作的展开带来了巨大的推动作用。在电子信息应用的过程中，电磁波是影响电子信息质量的一个关键因素，同时，也是电子信息装置的一个干扰源，并且在这其中地线阻抗的存在成为了电磁干扰的主要原因。对此，为了能够降低或者抑制这种电磁干扰的情况，对电磁兼容设计中的地线干扰与抑制上进行分析就显得非常必要。

一、地线的主要含义

对地线的基本定义：电位电路基准点的等电位就是利用地线表示出来的，但是在现实当中，这个定义还不够完备，因为电位在实际的地线上并非以恒定的形式存在。一旦在对地线上各个点之间的电位运用仪表进行测量的时候，会觉察到有很大的差距存在于地線的各个点中，可以说电路运行当中的异常情况就是由于这些电位差而产生的，并且对底线的定义只是人们期望的地线电位。

一个更加符合实际的定义是有Henry给出来的，它把地线这样进行定义：信号向着源低阻抗路径运行，对地线中电流的流动上能够通过这个定义很好的凸显出来。依据这个定义方式，分析地线中单位差出现的原因。因此，就能够很容易的进行理解，因为归零的情况是不可能出现在地线的阻抗当中，当有限的阻抗中流过电流的时候，电压降就会出现在其中。 所以，应该拿大海中的海浪来比喻地线当中的电位，永不间断。

二、地线当中的阻抗

地线当中存在的一些阻抗导致地线当中每个点位当中的电位差可以引起误动作的情况出现在电路当中，因此面对的这样的情况一些人会费解，当使用欧姆表对地线中电阻进行测量的时候，通常是以毫欧姆级将地线的电阻表示出来，在这样小的电阻当中流过的电流而这样大的电压降是怎样出现的，并造成异常的情况出现电路当中。

将这个问题探究明白，对导线阻抗和电阻这两个不同的概念首先要明确区分。电阻是指在直流的形式下电流通过导线表现出来的电阻，对应的阻抗是指导线对电流的一些阻抗会在交流的状态下呈现出来，主要是通过导线的电感引起了这种阻抗形式。电感会存在于任何导线当中，当有较高频率通过的时候，直流电阻会远远的小于导线的阻抗。在具体的电路当中，出现电磁干扰的信号通常的情况都是脉冲的信号，充足的高频成分包含在了脉冲的信号当中，因此就会有较大的电压出现在地线上。就数字的电路来说，有很高的工作频率存在于电路当中，所以数字电路受到地线阻抗的影响是比较可观的。

如果将直流电阻认为是10Hz时的阻抗近似，研究发现，在频率变为10MHz的时候，就一米长的导线来说，它自身的阻抗会比直流电阻大很多。这样就射频的电流来说，在电流经过地线的时候，就会有很大的电压降存在。

对此，我们通过试验可以觉察到，为了将直流的电阻减小，将导线的直径上进行增加会有很好的效果，但是对交流阻抗进行减小的时候，作用就不是很明显。然而在电磁兼容的时候，交流的阻抗是我们最在意的，为了将交流的阻抗降低，并联多根导线是最有效的办法，并联两根导线时的电感可以这样表示出来：

（M+L1）/2=L

在这个公式当中可以觉察到，当较远的距离存在于两根导线之间时，就会有较小的互感存在于他们之间，单根导线电感的1/2相当于总电感，因此，在将接地电阻减小的时候，可以利用多条电阻接地。但是需要注意，不能有过近的距离存在于多跟导线之间。

三、干扰原理

1.地环路当中的干扰

两个接地的电路用图1表示出来。因为存在着地线的阻抗，当地线中有电流流过时，电压就会出现在地线上。当有较大电流的时候，电压可以增大，当有大功率的用电器在附近启动的时候，很强的电流就会在地线中流过，电流会产生在两个设备的连接电缆上。因为有一定的不平衡性会存在于电路中，不同的电流会存在于不同的导线上，这样就会出现差模的电压，影响整个电路，因为地线和电缆形成的环路电流产生了这种干扰，这样变成了地环路干扰形式，通过外界电磁场感应出来地环路中的电流。

图1 地环路干扰

2.公共阻抗形式的干扰

当一段地线被两个电路共用时，因为地线中的阻抗，一个电路工作电流会调制另一电路的地电位。因此信号在一个电路中会向另一个电路中耦合，公共组抗耦合就是这种形式。如图2所示：

图2 公共阻抗耦合

由于较高频率的信号会存在于数字电路中，较大的阻抗会出现在地线中，如果一段地线被不同的电路共用，公共阻抗耦合的情况因此就会出现。

四、具体的抑制措施

1.地环路措施

①把设备装置浮地

一旦把一头电路浮地，就将地环路切断了，这样地环路的电流就会被消除，但是需要注意两个问题，首先，考虑到安全，电路浮地是不允许的，因此可以考虑通过一个电感将设备接地。

其次，虽然设备浮地，但是还会有寄生电容存在于地与设备之间，较低的阻抗会在电容频率较高时被提供出来，这样高频地环路电流就不能很好的减小。

②对光隔离器进行使用

光信号传输法是另一种切断环路的方式，对于解决地环路干扰问题，是一个很好的方式。另外，有两种方法存在于用光连接中，分别是光耦器件和光纤连接。寄生电容在光耦当中通常为2pF，能够在良好隔离的基础以及很好的频率下提供出来，而且几乎没有寄生电容存在于光纤当中。但是光耦器件的维护、成本、安全上要比它优越。

③对共模扼流圈进行使用

将共模扼流圈安装在连接电缆上，就好比将地环路的阻抗增加了，因此，在地线电压的影响下，就会减小地环路的电流。但是对共模扼流圈的寄生电容压控制好，不然隔离高频干扰的效果会非常不好，匝数在共模扼流圈当中越多，越大的寄生电容就会存在于其中，就会呈现出越差的高频隔离效果。

2.将公共阻抗耦合消除

有两种方式能偶消除公共阻抗中的耦合，首先是将公共地线当中的阻抗减小，这样也随之的减小了公共地线上的电压，进而将公共阻抗的耦合控制好。其次，对有效的接地方式进行使用，防止易互相干扰的电路对地线共用，通常是防止地线被弱电电路和强电电路共用，或是地线被模拟电路和数字电路共用。

根据这样的描述，地线的电感降低是减小地下阻抗的核心问题，利用扁平的导体来作为地线，或是在选择地线的时候用多条距离较大的并联导体。就印刷的线路板来说，为了将地线阻抗降低，可以将地线网格布置在双层板上，将专门的一层作为多层板中的地线，尽管有很小的阻抗存在于其中，但是线路板的成本上就会被提升。

对合理的接地方式进行使用，防止用并联单点接地的方式接地，可以按照这样的做法进行：

接地的导线过多是并联接地时的不足之处，所以在具体的应用当中，全部电路都是用并联单点接地是没有必要的，对于那些彼此之间干扰较低的电路，对串联点接地的方式可以进行使用。比如说，可以按照弱信号、强信号、数字信号、模拟信号的形式将电路进行分类，然后将串联单点接地应用到同类电路的内部，并联单点接地应用在不同类型的电路当中。

五、结语

综上所述，阻抗存在于地线当中是地线导致电磁干扰的主要原因，在地线当中有电流流过的时候，电压就会出现在地线当中，地线噪声的情况就会因此产生，所以，在这样电压的影响下，地线环路的电流就会因此形成，就会出线干扰的情况，对电子信息设备带来影响。对此，面对这样的情况，文章通过上述内容进行了详细的阐述，并给出了一定的抑制措施，为有关技术工作人员提供一定的帮助。

参考文献

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