想要干擾源得到有效控制，金屬外殼與電路板該如何良好接地？

電子產(chǎn)品接地問(wèn)題是一個(gè)老生常談的話(huà)題，文章來(lái)聊聊其中一小部分，主要內容是金屬外殼與電路板的接地問(wèn)題。

我們經(jīng)常會(huì )看到一些系統設計中將PCB板的地(GND)與金屬外殼(EGND)之間通常使用一個(gè)高壓電容C1（1~100nF/2KV）并聯(lián)一個(gè)大電阻R1（1M）連接。那么為什么這么設計呢？

原理圖示意

PCB設計

一、電容的作用

從EMS（電磁抗擾度）角度說(shuō)，這個(gè)電容是在假設PE良好連接大地的前提下，降低可能存在的，以大地電平為參考的高頻干擾型號對電路的影響，是為了抑制電路和干擾源之間瞬態(tài)共模壓差的。

其實(shí)GND直連PE是最好的，但是，直連可能不可操作或者不安全，例如，220V交流電過(guò)整流橋之后產(chǎn)生的GND是不可以連接PE的，所以就弄個(gè)低頻過(guò)不去，高頻能過(guò)去的路徑。從EMI（電磁干擾）角度說(shuō)，如果有與PE相連的金屬外殼，有這個(gè)高頻路徑，也能夠避免高頻信號輻射出來(lái)。

電容是通交流阻直流的。假設機殼良好連接大地，從電磁抗擾度角度，該電容能夠抑制高頻干擾源和電路之間的動(dòng)態(tài)共模電壓；從EMI角度，電容形成了高頻路徑，電路板內部產(chǎn)生的高頻干擾會(huì )經(jīng)電容流入機殼進(jìn)入大地，避免了高頻干擾形成的天線(xiàn)輻射。另一種情況，假設機殼沒(méi)有可靠接大地（如沒(méi)有地線(xiàn)，接地棒環(huán)境干燥），則外殼電勢可能不穩定或有靜電，如果電路板直接接外殼，就會(huì )打壞電路板芯片，加入電容，能把低頻高壓、靜電等隔離起來(lái)，保護電路板。這個(gè)并聯(lián)電容應該用Y電容或高壓薄膜電容，容值在1nF~100nF之間。

二、電阻的作用

這個(gè)電阻可以防止ESD（靜電釋放）對電路板的損壞。假如只用電容連接電路板地和機殼地，則電路板是一個(gè)浮地系統。做ESD測試時(shí)，或在復雜電場(chǎng)環(huán)境中使用，打（進(jìn)）入電路板的電荷無(wú)處釋放，會(huì )逐漸累積；累積到一定程度，超過(guò)了電路板和機殼之間的絕緣最薄弱處所能耐受的電壓，就會(huì )發(fā)生放電——在幾納秒內，PCB上產(chǎn)生數十到數百A的電流，會(huì )讓電路因電磁脈沖宕機，或者損壞放電處附近連接的元器件。

并聯(lián)該電阻，就可以慢慢釋放掉這個(gè)電荷，消除高壓。根據IEC61000的ESD測試標準10s/次（10s放完2kV高壓電荷），一般選擇1M~2M的電阻。如果機殼有高壓靜電，則該大電阻也能有效降低電流，不會(huì )損壞電路芯片。

三、需要注意的問(wèn)題點(diǎn)

1、如果設備外殼良好接大地，那PCB應該也與外殼良好的單點(diǎn)接地，這個(gè)時(shí)候工頻干擾會(huì )通過(guò)外殼接地消除，對PCB也不會(huì )產(chǎn)生干擾

2、如果設備使用的場(chǎng)合可能存在安全問(wèn)題時(shí)，那必須將設備外殼良好接地

3、為了取得更好效果，建議是設備外殼盡量良好接地，PCB與外殼單點(diǎn)良好接地；當然如果外殼沒(méi)有良好接地，那還不如把PCB浮地，即不與外殼連接，因為PCB與大地如果是隔離的（所謂浮地），工頻干擾回路阻抗極大，反而不會(huì )對PCB產(chǎn)生什么干擾

4、多個(gè)設備之間需要互相連接的時(shí)候，盡量是每個(gè)設備外殼都與大地在單點(diǎn)良好接地，每個(gè)設備內部PCB與各自外殼單點(diǎn)接地

5、機殼地可能并不是可靠的接地，如配電網(wǎng)中不符合安規，沒(méi)有地線(xiàn)；接地棒周?chē)寥捞稍?，接地螺栓生銹或松動(dòng)

6、環(huán)境存在電磁干擾的，工作環(huán)境中有大功率變壓器、大功率電機、電磁電爐、高壓電網(wǎng)諧波等

7、PCB內部是會(huì )產(chǎn)生高頻噪聲的，如高頻開(kāi)關(guān)管、二極管、儲能電感、高頻變壓器等

這些干擾因素都會(huì )導致PCB的信號地和機殼的電勢波動(dòng)（同時(shí)含有高頻低頻成分），或者二者之間存在靜電，所以對它們良好可靠的接地處理是必要的，也是產(chǎn)品安規要求的。