接地技术对信息技术设备电磁兼容性的影响及案例分析

【摘要】 本文主要介绍了影响信息技术设备电磁兼容性的几种接地技术，并讨论了针对信息技术设备辐射骚扰中接地技术的设计对其的影响以及案例分析。

【关键词】 电磁兼容;接地技术;信息技术设备

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.01.006

Abstract： The main sources of uncertainty of determination of phthalate esters in cosmetics by gas chromatography-mass spectrometry were the standard solution，the sample，the sample handling course.Butyl benzyl phthalate（BBP）as an example，each uncertainty component was evaluated.The combined uncertainty and expanded uncertainty were calculated. As the measuring the results of BBP in cosmetics was 10.05 mg/L，the expanded uncertainty was 0.70 mg/L（k=2）.

Key words： gas chromatography-mass spectrometer;cosmetics;BBP;uncertainty

1 引言

在当下的信息时代，人类日常生活中信息技术设备的使用随处可见。而在人们身边，除去信息技术设备外还有众多的电气产品，在这些产品环绕之下，由电气产品工作时产生的电磁能量越来越大。在这样的电磁污染环境下，对产品本身的电磁干扰强度越来越大，对人体的健康危害也越来越显著。良好的接地技术在不仅能保护设备使用过程中的人身安全，对电磁干扰的防护也有极大的影响。

2 不良接地对信息技术设备运行过程中的存在的问题

不良接地对信息技术设备运行过程中的存在的问题，主要有3个方面。

a）人体触电问题。众所周知，对于外壳是导电体的设备在众多产品标准中地线均要为保护接地。保护接地便是在导电金属外壳在故障带电情况下通过接地与大地连接起来的防护措施。这是起到防止人体触电危险的有效措施。

b）静电问题。静电是摩擦产生的电，其能量虽然小，但是对信息技术设备的不良影响确是很大。在电磁兼容标准中，GB/T 17626.2《电磁兼容 试验和测量技术 静电放电抗扰度试验》便是我国国标中便是对电气设备的静电抗扰度要求。在GB/T 17618《信息技术设备抗扰度限制和测量方法》也有针对于静电的条款要求。

信息设备在运行过程中，静电产生放电时，在放电点产生瞬间电流，干扰到其附近线路、设备，从而致使设备无法正常运行。而且，静电产生的微小电流可能引起电子线路中前后两点的电位差，倘若产生足够电压值时便会导致设备损坏等问题。在当今的信息技术设备多功能化、复杂化发展的阶段下，设备的电子线路的设计中很多半导体元器件是高密度、集成化的，在高灵敏材料集成下的线路板，对于静电的抗击能力便会大大下降，这不排除在静电的作用下会把电路击穿造成受控器件误动、设备运行紊乱等。而要消除此类问题，由于静电的产品本身便具有概率性，产生的静电强度每次也是不尽相同，所以要想完全消除静电问题对信息技术设备的影响，难度是很大的。此外，很多信息技术设备均有储存和信号指令传输功能，倘若受到静电电流影响，很可能出现储存数据丢失或者执行错误指令等严重问题[1]。

c）电磁干扰问题。信息技术设备多为直流元器件集成设计，在设备电子元器件中共模和差模电容的运用便会极大的影响信息技术设备的电磁干扰问题。这便直接影响了最终设备是否符合我国GB/T 9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限制和测量方法》标准。这不仅对设备是否能够顺利获得认证证书有直接关联，对产品的高品质要求也是极大考验。

3 信息技术设备接地技术的类型

信息技术设备接地技术共分为2類。

a）保护型接地。保护型接地技术主要是为了去除静电以及防止触电。除静电接地技术主要是通过地线将静电引流入大地，以防外壳电子积蓄过多而对人体或者设备造成伤害;防止漏电接地技术主要是将设备与人体能够接触的可导电结构进行接良好地，防止在设备短路本体带电时裸露的金属部分在与人体接触时发生人身触电事故。同时可以防止高压电路和低压电路的互串，也能够在设备发生故障短路时及时熔断保险从而切断电源，提高设备使用过程中的安全性[2]。

b）功能型接地。功能型接地技术主要包括了系统接地、逻辑接地、屏蔽接地和信号接地。系统接地的主要目的就是防止设备运行过程中因错综复杂的电回路交错而发生的震荡，是为了保证设备能够够安全、平稳地运行;逻辑接地得作用便是平衡两点（面）的电势，构成等位点（面），以此为基准点从而能够获得稳定的电位参数;屏蔽接地就是提高设备的电磁兼容性，将多电路产生的电磁干扰经地线流走，避免其他电路受其影响;信号接地便是可以统一电路的电晕放电损耗、侧漏电源等参数，提高基准点位的稳定性，从而使电路运行过程中的波动减少[3]。

4 信息技术接地方式的设计

4.1 单点接地

单点接地便是只有一个接地点，设备的各部分结构都需接到此接地点上。实现方式有串联单点接地和并联单点接地两种。如图1所表示。

串联式单点接地便是信息技术各部分电路共用一条地线，通过同一导线，这种方式会使接地阻抗串联增大，并且各回路干扰均会汇聚一条导线，互相干扰。这种接地方式对于抑制干扰来看作用性是最小的，但其也有其优势所在，这种接地方式的结果是最简单的，而且往往这种接地的引线也是最短的，单回路的接地阻抗就相对小了很多，比较适用于组合柜中的多功能信息技术设备。

并联式单点接地是指在同一设备中只定义一个接地参考点，系统中各个电路需并联接入该点，互不干扰，各回路接地电阻并联而行。各单独电路互不影响，这能在低频工作时避免其他电路接地电阻的干扰，但是在高频电路中还是不适用的，高频电路中，相邻的地线产生耦合的可能性更大，在多地线的情况下此种现象的产生更容易，从而对电路间的干扰也会更多。同时并联式接地，地线数量会增加很多，这会带来电路设计的空间问题以及设备本身的重量问题和成本问题[3]。

4.2 多点接地

多点接地是指同一设备中每个单回路采用就近原则直接独立与最近的接地平面相连接。其技术优势便在于各接地线均会较短，适用于工作频率在10MHz以上的高频电路，但伴随着也会产生新的干扰，便是多点接地会使各回路独立接地，这便形成了多底线回路，单回路干扰也就增多了，这对设备内低频率的电路的不良影响会加剧。

4.3 混合接地

混合接地技术便是单点接地和多点接地相结合。毕竟我们知道信息技术设备的工作频段不会是单一性的，综上第1和第2点所述，单点接地适用于低频电路，多点接地适用于高频电路。那对于错综复杂的信息设备多电路，相应频率的回路采用相应的接地方式便是混合接地技术。

4.4 悬浮接地

对于很多信息技术设备来说，其外壳设计均为非导电结构，其与电路直接也是绝缘的，但是往往此类产品也会设计底线系统，这便是悬浮接地技术。如图2所示。

这样设计的初衷便是抑制电磁干扰，让地系统上的电磁干扰不传导到设备电路本身。同时，其另一作用便是防止干扰直接耦合到信息技术设备的信号电路。

悬浮接地的不足之处便是由于其不是与大地真的连接，伴随着静电产生，电路容易产生静电积累，在外界有电击干扰的情况下，静电累积产生的高压会使操作人员遭到电击并损坏设备。再者，信息技术设备一般时直接连入市电电网，而电网为保证安全性一般时直接与地连接，当电网相线与悬浮地的机箱短路时，有引起高压触电的危险。所以，一般悬浮地的接地电阻需要极其谨慎的考虑和设计以保证安全性[4]。

5 良好接地對信息技术设备在辐射骚扰测试中的影响案例分析

5.1 信息技术设备辐射测试介绍

信息技术设备，对应的电磁兼容标准为国家标准为GB/T 9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限制和测量方法》。标准中第6章介绍了辐射测试的限值要求如为表1～表4所示。

测量频率上限的选择依据EUT正常工作产生的最高时钟频率而定：

最高时钟频率<108 MHz，测量进行到1 GHz;

108 MHz≤最高时钟频率<500 MHz，测量进行到2 GHz;

500 MHz≤最高时钟频率<1 GHz，测量进行到5 GHz;

最高时钟频率≥1 GHz，测量将进行到5倍最高频率或者到6 GHz，取两者中的小者[5]。

标准第10章节详细介绍了辐射骚扰的测量方法，其中台式设备和落地式设备的测试布置如图3和图4所示。

5.2 某品牌扫描仪接地处理前后辐射骚扰测试结果分析

依据国标GB/T 9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限制和测量方法》，采用暗室辐射发射测试系统，对某一品牌扫描仪的辐射测试结果有如下分析。采用设备及场地如表5所示。

扫描仪采用的限值分类为A级ITE，为台式设备，测试布置依据图3，且其为单一性扫描仪，不考虑其他功能模块，辐射骚扰测试频率只进行至1 GHz即可。注：本次测试采用3 m法，其A级ITE设备1 GHz以下限值要求为表6所示。

通过对扫描仪的辐射测试后，在不加任何处理手段的情况下，我们得到如下的测试图谱（图5），以天线垂直极性结果为例。

由图可见其点1（频率为36.85 MHz）和点2（频率为50.01 MHz）出现高峰，其峰值已经超过了准峰值的限值要求，对其两点进行终测读点后，读出点1的准峰值为52.10 dB（μV/m）（超出限值2.10 dB）;点2的准峰值为49.21 dB（μV/m）（裕量为0.79 dB），显然本次测试得出结果为不合格，即使点2为超出限值要求，但其裕量也是严重不足，加上辐射测试这种空间性的测试，复现性和稳定性都不高，极有可能二次复测也是不合格。

该扫描仪本身为Ⅰ类防触电等级设备，有保护接地，其内部电源模块已有接地处理，现对其电源输入处接地线缩短，电源模块后端接地点直接连接保护地，并在后端的扫描仪的显示屏进行就近地接地处理后得到图6的测试结果。

从图6中可见，原频点1和2的测试结果均有改善，30 MHz～50 MHz整频段的辐射骚扰值均有降低，由此可见接地处理对信息技术设备电磁干扰的影响是很大的，注意这些细节，这能让一款电气产品研发时少走很多弯路。

6 总结

接地处理在现阶段已不仅仅有安全保护的作用，这对信息技术设备的电磁兼容也有重大的影响，良好接地能改善电磁干扰，这对信息技术设备的电气结构研发设计具有借鉴意义，对检测兼容测试的整改措施也有指导性作用。

【参考文献】

[1] 王柯盛.接地技术在电子电气设备运行中的应用[J].电子技术与软件工程，2016（13）：235.

[2] 霍海波.接地技术在电子电气设备运行中的应用[J].现代制造技术与装备，2019（7）：173-174.

[3] 奚宽超.电气设备接地技术在电力设备中的应用[J].河南科技，2020（29）：68-70.

[4] 邓燕.浅析接地技术设计对电子设备电磁兼容性的影响[J].电子质量，2006（11）：67-71.

[5] GB/T 9254-2008《信息技术设备的无线电骚扰限值和测量方法》[J].安全与电磁兼容，2009（2）：85.

【作者简介】

吴俊纯（1996-）男，学士，研究方向为电磁兼容检测与标准。