EMC理論基礎知識之接地和濾波設計

　　接地是抑制電磁干擾、提高電子設備電磁兼容性的重要手段之一。正確的接地既能抑制干擾的影響，又能抑制設備向外輻射干擾；反之錯誤的接地反而會(huì )引入嚴重的干擾，甚至使電子設備無(wú)法正常工作。

　　1、接地的概念

　　電子設備中的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”，另一種是“系統基準地”。接地就是指在系統的某個(gè)選定點(diǎn)與某個(gè)電位基準間建立低阻的導電通路。 “接大地”就是以地球的電位作為基準，并以大地作為零電位，把電子設備的金屬外殼、線(xiàn)路選定點(diǎn)等通過(guò)接地線(xiàn)、接地極等組成的接地裝置與大地相連接。“系統基準地”是指信號回路的基準導體（電子設備通常以金屬底座、機殼、屏蔽罩或粗銅線(xiàn)、銅帶作為基準導體），并設該基準導體電位為相對零電位，但不是大地零電位，簡(jiǎn)稱(chēng)為系統地。接地的目的有兩個(gè)：一是為了安全，稱(chēng)為保護接地。電子設備的金屬外殼必須接大地，這樣可以避免因事故導致金屬外殼上出現過(guò)高對地電壓而危及操作人員和設備的安全。二是為電流返回其源提供低阻抗通道。

　　2 接地的種類(lèi)

　　實(shí)際上，各種地線(xiàn)都存在電氣上或是物理上的聯(lián)系，不一定有明確的劃分。在地系統中，有時(shí)一個(gè)地既承擔保護地，又承當防雷地的作用；或既承擔工作地，又承當保護地的作用。而不同功能的地連接，針對的電氣對象不同，其處理方式的側重點(diǎn)還會(huì )有所差異。

　　a. 保護接地

　　保護接地是為了保護設備、裝置、電路及人身的安全，防止雷擊、靜電損壞設備，或在設備故障情況下，保護人身安全。因此在設備、裝置、電路的底盤(pán)及金屬機殼一定要采取保護接地。

　　保護地保護原理是：通過(guò)把帶故障電壓的設備外殼短路到大地或地線(xiàn)端，保護過(guò)程中產(chǎn)生的短路電流使熔絲或空氣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，從而達到保護設備和人員安全的作用。

　　b. 工作接地

　　工作地是單板、母板或系統之間信號的等電位參考點(diǎn)或參考平面，它給信號回流提供了低的阻抗通道。信號質(zhì)量很大程度上依賴(lài)于工作接地質(zhì)量的好壞。由于受接地材料特性和其他技術(shù)因素的影響，接地導體的連接或搭接無(wú)論做的如何好，總有一定的阻抗，信號的回流會(huì )在工作地線(xiàn)上產(chǎn)生電壓降，形成地紋波，對信號質(zhì)量產(chǎn)生影響；信號越弱，信號頻率越高，這種影響就越嚴重。盡管如此，在設計和施工中最大限度地降低工作接地導體的阻抗仍然是非常重要的。

　　濾波電路的基本概念

　　濾波電路是由電感、電容、電阻、鐵氧體磁珠和共模線(xiàn)圈構成的頻率選擇性網(wǎng)絡(luò )，低通濾波器是電磁兼容抑制技術(shù)中普遍應用的濾波器。為了減小電源和信號線(xiàn)纜對外輻射，接口電路和電源電路必須進(jìn)行濾波設計。

　　濾波電路的效能取決于濾波電路兩邊的阻抗特性，在低阻抗電路中，簡(jiǎn)單的電感濾波電路可以得到 40dB 的衰減，而在高阻抗電路中，幾乎沒(méi)有作用；在高阻抗電路中，簡(jiǎn)單的電容濾波電路可以得到很好的濾波效果，在低阻抗電路中幾乎不起作用。在濾波電路設計中，電容靠近高阻抗電路設計，電感靠近低阻抗電路設計。

　　電容器的插入損耗隨頻率的增加而增加，直到頻率達到自諧振頻率后，由于存在導線(xiàn)和電容器電極的電感在電路上與電容串聯(lián)，于是插入損耗開(kāi)始下降。

　　電源EMI濾波器

　　電源EMC 濾波器是一種無(wú)源雙向網(wǎng)絡(luò )，它一端接電源，另一端接負載。在所關(guān)心的衰減頻帶的較高頻段，可把電源 EMI 濾波器看作是“阻抗失配網(wǎng)絡(luò )”。

　　電源濾波器產(chǎn)品

　　電路原理圖

　　網(wǎng)絡(luò )分析結果表明，濾波器阻抗兩側端口阻抗失配越大，對電磁干擾能量的衰減就越是有效。由于電源線(xiàn)側的共模阻抗一般比較低，所以濾波器電源側的阻抗一般比較高。為了得到較好的濾波效果，對低阻抗的電源側，應配高輸入阻抗的濾波器；對高輸入阻抗的負載側，則應配低輸出阻抗的濾波器。

　　普通的電源濾波器對于數十兆以下的干擾信號有較好的濾波作用，在較高頻段，由于電容的電感效應，其濾波性能將會(huì )下降。對于頻率較高的干擾情況，要使用饋通式濾波器。該濾波器由于其結構特點(diǎn)，具有良好的濾波特性，其有效頻段可以擴展到 GHz，因此在無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品中使用較多。

　　濾波器的使用，最重要的問(wèn)題是接地問(wèn)題。只有接地良好的濾波器才能發(fā)揮其濾波作用，否則是沒(méi)有價(jià)值的。濾波器使用要注意以下問(wèn)題：

　　1） 濾波器放置在電源的入口位置；

　　2） 饋通濾波器要放置在機箱（機柜）的金屬壁上；

　　3） 濾波器直接與機柜緊密連接，濾波器下面不能涂保護漆；

　　4） 濾波器的輸入輸出引線(xiàn)不能并行，交叉。