定义信号电流流回信号源的低阻抗路径

1、信号地定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径定义：信号电流流回信号源的低阻抗路径63接地和搭接技术631接地的作用和分类一、接地的几个概念1、一般情况下，接地就是要保证电路和设备与大地良好连接。2、广义的接地并非都要与大地直接连接，一般是指连接到一个作为电位参考点（面）的良导体上。理想的接地导体是一个零电位面，任何干扰信号都不产生电压降。EMI安全用电安全接地防止雷击电路接地电源接地防止接地（信号接地）屏蔽接地静电接地3、任何导体（导线、导体板）都具有一定的阻抗， 高频时其电抗值远大于电阻值，在EMC设计中不应忽 略。二、安全接地1、设备安全接地由于线路故障（例如绝缘损坏）,设备机壳带电， 可能

2、造成触电事故，如图631(a)。 人体电阻：皮肤干燥，无破损，可达40K100 K,人体出汗、潮湿，降至1 K左右。人体安全电流：交流，1520mA；直流，50 mA。人体安全电压：36V（人体电流小于40 mA）。 若设备接地，接地电阻10,通过人体的电流很小， 是安全的，如图631(b)。 配电方法的改进早期的交流配电变 压器的是不接地的， 如图632所示。 若初次级间的绝 缘损坏，次级就会 出现高压，造成危 险事故，历史上称为“高低压混触事故”，在世界各国 都发生过。现在都把次级中间接地，如图633所 示。2、防雷接地将雷电电流由避雷针经地 线引入大地，保护建筑物， 设备和人身的安全，例

3、如 电子楼。雷电参数： 持续时间，几十m秒 几秒 云地电位差：几万KV 峰值电流，几十几百KA 放电能量，几万KJ避雷针的保护区：圆锥形区域，设避雷针的高度为h，保 护半径为R 3h,保护面积为S9h2， 图634。防雷系统：避雷针，直径25mm 引线，直径8mm；扁钢，厚度4mm， 横截面48mm2 接地体,直径10mm；扁钢,厚度4mm， 横截面100mm2接地电阻一般25。三、信号接地1、电路接地，可分为类 敏感信号和小信号接地； 不敏感信号和大信号接地； 干扰设备接地； 金属构件接地（机壳、底板）需要采用不同的的接地方法分别接地。2、电源接地， 3、屏蔽接地，包括 屏蔽体接地(屏蔽室,

4、机壳)， 电缆的屏蔽层接地。4、静电接地：防止静电积累。632 几种常用的接地方法一、浮点接地， 图635接地面不与大地相连，低频时可采用。优点：抗干扰性能好。缺点：设备不与公共地直接连接，容易产生静电积累， 引起静电放电。补救的办法是在设备与公共地之 间接一个阻值很大的电阻，以便泄放积累的电荷。二、单点接地， 图636低频时采用，一般是300KHz以下，3MHz以下有时也可用；或接地线长度4（根据传输线理论，当地线的长度接近于/4时，它就像一根终端短路的传输线，此时不仅起不到接地作用，而且地线将有很强的天线效应向外辐射干扰信号，所以一般要求地线长度不应超过信号波长的 1/20）。1、独立地线

5、并联一点接地，图637(a) 优点:各电路的电位：各设备的电位仅与各自的电流和地线电阻有关， 不受其他设备的影响，可防止各设备之间相互 干扰和地回路的干扰。1 12 23 3,ABCUR IUR IUR I缺点：若设备很多,需要很多根地线，使接地导线加长， 阻抗增大，还会出现各接地导线间的相互耦合， 不适用于高频。、共用地线串联一点接地，图637(b) 12311231232123123233:():()()63 1:()()ABBAUIIIRBUIIIRIIRCUIIIRIIRI R 点点点缺点：可以看出，A、B、C各点的电位不仅不为零，而且受其它电路的影响,从防止和抑制干扰的角度，这种接地

6、方法不好。优点：这种接地方法的结构比较简单，各电路的接地线 短，电阻较小，在设备机柜中是常用的一种接地 方式。采用这种接地方式要注意把最低电平电路 放在靠近A处，以使B点和C点的电位升高最小。三、多点接地， 图638 每一个设备、电路各自用接地线分别就近接地，高频电路（设备间距）一般都采用多点接地。每个电路对地的电位 () 632iiiiURj L I 为了降低地电位，接地线应尽可能短，以便降低接地线的阻抗。优点：电路简单，接地 线短。缺点：地线回路增多， 会出现一些共阻 抗耦合。四、混合接地在有些设备中，既有高频电路又有低频电路，可采用混合接地，例：639。 高频电路、中频电路部分用多点接地

7、，低频部分用单点接地。要使信号回路接地、电源系统接地、机壳接地等相互之间保持分离的接地系统， 最后再把这些接地系统接在同一个参考点上（大地地线）。633接地电极和接地电阻一、接地电极1、自然接地体例如：自来水管，自流井插入管，可用于设备接地。2、人工接地体，信号接地,防雷接地必须用人工接地体。 棒状电极：圆钢、钢管，角钢，（铜） 带状电极：铜带、扁钢（水平埋放） 板状电极：铜（钢）板，例1m1m,（平放或竖放） 例如：电子楼，图6310 防雷接地系统（避雷带与柱子主钢筋连接点，每层16 个点） 保护接地系统（每层4个点） 参考零电位工作点接地系统（每层8个点） 铜排，203mm。 二、接地电阻

8、例：一半球形导体接地电极，半径为a，大地电导率为，如图6311所示，求接地电阻。解：设接地电流为I，则大地中的电流密度：大地中的场强：可以采用在接地电极附近灌盐水、埋木炭或其它降阻剂等方法减小接地电阻。22IJr22JIEr22212aaIdrIUE drraURRIa电位差：接地电阻6-3-3 ，634接地技术的应用一、信号接地与安全接地的两种处理方法安全接地可以与信号接地分开，也可以与信号接地共用。图6314二、信号电路屏蔽盒接地方法把电路单元放在一个屏蔽盒内，可以减小辐射干扰的影响，电路的接地方法对屏蔽效果有很大的影响。1、如果电路不接地， 如图6315(a)。信号电路与屏 蔽盒之间存在

9、寄生分布电容，C1S、C2S、C3S，C1S和 C3S 使信号电路输出端和输入端之间形成一个反馈通 道，会使放大器自激。 2、如果电路的接地点选在放大器输出端的地线上，如图 6315（b) 。可以消除寄生电容C2S，同时也消除 了反馈通道，是正确的接地方法。3、如果电路的接地点选在放大器输入端的地线上，如图 6315（c）。虽然可以消除寄生电容C2S，但C3S 通过接地线还是形成一个反馈通道，破坏放大器的正 常工作。 放大器屏蔽壳的接地C1SC3SC2SC1SC3SC2S等效电路等效电路4、如果电路在放大器的输入端， 输出端都接地， 如图6 315（d）。屏蔽盒成为接地回路的一部分，会引 入公

10、共地阻抗干扰和接地环路感应的磁干扰。三、印刷电路板上射频变压器屏蔽罩的接地方法， 印刷电路板上的射频变压器是主要的辐射干扰源。 屏蔽罩应直接与机壳相连，不能与印刷电路板上的任何接地线相连，否则干扰信号将被引入到印刷板的电路中去，图6316。地线问题公共阻抗耦合电路1电路2地电流1地电流2公共地阻抗V改进1改进2四、电磁屏蔽层接地 电缆屏蔽的作用: 、减小辐射干扰的影响， 、减小导线之间电容耦合的影响。电缆屏蔽层正确接地直接影响屏蔽效果。、电缆屏蔽层接地对电容耦合的影响在241中介绍了电容性耦合（图214），得到干扰电压（f较高时） 24同轴电缆信号电缆屏蔽电缆双绞线电力电缆（ 芯）122112

11、221()LLj C RVVjCCR如果把被干扰的导线屏蔽起来，如图6317所示，如果屏蔽层不接地，相当于R L2无限大，还有一定的干扰耦合，如果把屏蔽层接地，RL20U0， 完全抑制了电容耦合。121122U 63 8CUCC 2 2、 电缆屏蔽层接地对电感耦合的影响电缆屏蔽层接地对电感耦合的影响 在在2 24 41 1节中介绍了节中介绍了两平行导线之间的电感耦合，两平行导线之间的电感耦合，如果在导线如果在导线2外包一层非磁性的、不接地的金属屏蔽层，外包一层非磁性的、不接地的金属屏蔽层，如图如图6318所示，其中所示，其中M1S1S是是导线导线1与与屏蔽层间屏蔽层间的的互感互感，M1212是

12、是导线导线1与与导线导线2间的间的互感互感。导线。导线1上的电流在屏蔽层上的电流在屏蔽层上感应的干扰电压为：上感应的干扰电压为： 屏蔽层不接地或一端接地屏蔽层不接地或一端接地, ,U US S不在屏蔽层上形成电流不在屏蔽层上形成电流，所以所以不在导线不在导线2 2上产生干扰电压上产生干扰电压。如果屏蔽层两端接地如果屏蔽层两端接地，屏蔽层与导线屏蔽层与导线2 2的等效电路如图的等效电路如图6 63 319 19 所示所示，图中，图中M M是是导线导线2 2与屏蔽层间的互感，与屏蔽层间的互感，L LS S是屏蔽层的自感是屏蔽层的自感。由于管状。由于管状屏蔽层上的电流屏蔽层上的电流I IS S产生的

13、磁通只存在于屏蔽层之外（图产生的磁通只存在于屏蔽层之外（图6 63 32020），所以：），所以：11 63 9SSUj M I 63 10SSLMI 屏蔽层上的电流屏蔽层上的电流I IS S在导线在导线2 2上感应的干扰电压为：上感应的干扰电压为： （6 63 31111）式中）式中其中其中R RS S、L LS S分别是屏蔽层的电阻与电感分别是屏蔽层的电阻与电感。把（。把（6 63 31212）式代入（式代入（6 63 31111）式，并利用（）式，并利用（6 63 31010）式中的）式中的L LS SM M，可以得到：，可以得到：由（由（6 63 31313）式可以画出）式可以画出U

14、UN N与与的关系曲线，如图的关系曲线，如图6 63 32121所示，图中所示，图中 称为称为屏蔽层的截止角频率屏蔽层的截止角频率。可以看出：可以看出： 63 11NSUj MI 63 12SSSSUIRj L 63 13NSSSjUUjRL CSSRL当当 时，时， ，当当 时，时， ，也就是说，当屏蔽层两端也就是说，当屏蔽层两端接地，屏蔽层上有电流接地，屏蔽层上有电流I IS S时时, ,导线导线2 2中出现干扰电压，中出现干扰电压，当当 时，时，导线导线2 2中的中的干扰电压干扰电压 。 下面讨论对辐射源电缆的屏蔽。载流导线向外辐射下面讨论对辐射源电缆的屏蔽。载流导线向外辐射电磁干扰，若

15、导线外有屏蔽导体，且其一端接地，电场电磁干扰，若导线外有屏蔽导体，且其一端接地，电场将被将被消除，但对于磁场无太大的影响，如图消除，但对于磁场无太大的影响，如图6 63 32121(a)(a)所示。如果屏蔽导体两端接地，如图所示。如果屏蔽导体两端接地，如图6 63 32222所示，由所示，由等效电路中的等效电路中的ARARS SLLS SBABA回路可以写出方程：回路可以写出方程： 高频时高频时C0.7NSUU5C0.98NSUU5CNSUU10 63 14SSSIRj Lj MI 1Rj M由（由（6 63 31010）式中的）式中的L LS SM M，可以得到：，可以得到：可以看出，当可以

16、看出，当 时，时， ，即屏蔽层中的电流与，即屏蔽层中的电流与芯线中的电流大小相等，方向相反，产生的磁场与原磁芯线中的电流大小相等，方向相反，产生的磁场与原磁场相抵消，屏蔽导体外不再有磁场存在，可以拟制磁场场相抵消，屏蔽导体外不再有磁场存在，可以拟制磁场的泄漏，如图的泄漏，如图6 6 3 321(b)21(b)所示。频率较低时，屏蔽层所示。频率较低时，屏蔽层上的电流上的电流I IS S产生的磁场不能抵消产生的磁场不能抵消芯线电流芯线电流I I1 1产生的磁场，可以将产生的磁场，可以将屏蔽层的一端屏蔽层的一端一端不接地而与负一端不接地而与负载相连，如图载相连，如图6 63 32323所示。所示。

17、11 63 15SSScjjIIIRLjj c1SII3 3、低频信号电缆屏蔽层接地方法、低频信号电缆屏蔽层接地方法、对于单点接地的低频电路，电缆屏蔽层也应单点接、对于单点接地的低频电路，电缆屏蔽层也应单点接 地，仍如图地，仍如图6323所示。接地点可选在信号源一所示。接地点可选在信号源一 端，也可选在负载（放大器等）一端。如果屏蔽层端，也可选在负载（放大器等）一端。如果屏蔽层 两端接地，如图两端接地，如图678所示，屏蔽层、两地线和地构所示，屏蔽层、两地线和地构 成一个闭合回路（称为地环路），干扰场（磁场）成一个闭合回路（称为地环路），干扰场（磁场） 在地环路上产生干扰信号，通过电感性耦合又

18、可以在地环路上产生干扰信号，通过电感性耦合又可以 进入芯线。进入芯线。地线问题地环路IGVGVN地环路I1I2、屏蔽层单点接地的几种方法 图6324。）双绞线：把两根绝缘的导线 按一定的密度绞在一起。无 屏蔽，无地环路干扰，两导 线之间的回路面积很小，并 且相邻回路上感应电流的方 向相反，相互抵消（两根导 线的辐射干扰也会互相抵消 ）。如果两端接地，就会出 现地环路干扰。）双绞线增加屏蔽层，屏蔽层两端接地，出现地环路干扰， 磁场干扰与）差不多。）屏蔽层单点接地，无地环路干扰，磁场干扰衰减量比） 增加约15dB。）改变了屏蔽层的接地方法，磁场干扰衰减比)有所增加。）同轴电缆，磁场干扰衰减显著增加

19、。以上讨论是对低频干扰，高频时屏蔽层与接地面构成的地环路产生的干扰很小。 屏蔽层两点接地 对于两点接地的低频电路， 电缆屏蔽层也应两点接地, 图6325是几种两点接地的方法, 可以仿照中的方法分析采用各种方法的屏蔽效果。4、高频信号电缆屏蔽层接地方法 当频率高于1MHz 或电缆的长度0.15时，由于趋肤效应, 干扰电流只在屏蔽层外表面上流动（耦合不到内导体），常采用多点接地， 以保证屏蔽层上的电位为零。一般是电缆的屏蔽层两端接地，对于长电缆每隔0.1接地一次，这样屏蔽层所有的地线都就近接地，可以减小地线的阻抗，减小地电位差引起的干扰电压。5、屏蔽的电力电缆，应在电缆两端接地。五、微机接地、微机

20、需要接地的部分 电源接地； 机箱、地线接地； 信号基准用接地； 过电压吸收器接地、避雷器接地； 屏蔽接地、信号基准用接地为各机组信号提供基准电位（零电位）的接地，微机的工作频率越来越高，要保证很宽的带宽内基准电位为。 一点接地，图6326把各机组信号基准接地 线集中到一点接地。 金属网地板 图63 27, 在计算机 室地面铺设金属网（与 建筑结构体 连接)， 由 金属网向机 组提供基准 电位。 六、接地环路去除方法两点接地可能构成接地闭合回路，图6328(a)，如果有磁场干扰，环路中就会出现感应电压，另外，两接地点之间还可能存在地电位差引起的干扰（共阻抗耦合）。 磁场干扰在环路中产生的感应电压

21、为 ddBeSSdtdt 应尽量减小接地环面积，方法有：浮地，差分平衡电路，隔离变压器、中和变压器、光电耦合等。、浮地，只适用于低频，还要避免静电积聚、静电放 电（接一个阻值很大的泄放电阻)，图6-3-28（b）。、采用差分平衡电路， 图6328（c），简单的差分放大器。输出电压：U0K（U1U2），K为放大器的增益。先设R0，负载电阻RL1、R L2远大于接地电阻R G， 地干扰电压U G在放大器输入端引起的干扰电压（先 不考虑U S的影响），12121122LLnGLCSLCRRUUUURRRRR若信号源内阻RS相对很小，阻抗平衡，即R L1R L2，R C1R C2，则：U n0，放大器

22、的输入阻抗R L1、R L2增加时（RS相对变小），可使U n减小。例：图6328（c）中，设U G200mV，R G0.02， R S500，R C1R C21，R L1R L210K，则： U n9.5mV。 若R L1R L2100K，则：U n0.98mV，减小近 20dB。 R0时，增大了输入阻抗，可使U n减小（上例）。平衡电路对地环路干扰的抑制VGRS1VS1RS2RL2RL1VS2 IN1IN2ISVL、使用隔离变压器，图6329地环路被隔离变压器阻隔。但通过变压器绕组之间的分布电容又可形成一个地环路，如图6329（b），地环路电压U G在R L上的电压降为21,111nLnG

23、GLLURUUURj CCR提高隔离变压器抗干扰能力的主要办法是减小绕组间的分布电容C，例如在绕组间加电屏蔽，屏蔽层应连接到R L的接地端。隔离变压器对地线中较低频率的干扰具有很好的抑作用（C小）。、中和变压器当传输的信号中有直流分量或很低的频率分量时，不能用隔离变压器，因为这些分量无法通过，可使用中和变压器，图6330。 中和变压器能通过直流和低频信号，而又能抑制地回路的共模干扰。 结构：由两个绕向相同、匝数相同的绕组组成，一般 是双线并绕。 原理：信号电流在两个绕组中方向相反，称为差模电 流，产生的磁场互相抵消，呈现低阻抗。 地线中的干扰电流在两个绕组中方向相同， 共模电流，产生的磁场相加

24、，呈现高阻抗。、光电耦合器，图6331通过光传送信号，切断了地环路。光电耦合器利用发光二极管的发光强度随电流变化的特性, 把电路1中的信号电流变换为强度随之变化的光信号，经光纤传输后，在接收端利用光敏三极管再把强度随信号电流变化的光信号还原成原来的信号电流。 光电耦合器适用于数字电路，在模拟电路中，发光二极管电流与光强不是线性关系，传输模拟信号时会产生较大的非线性失真。七、接地应注意的其他问题、地线应尽量短。、要使信号回路接地、屏蔽接地、电源系统接地、机 壳接地等相互之间保持分离的接地系统，最后再把 这些接地系统接在同一个参考点上（大地地线）。 例：图639、要使小信号电路的地线与其它地线分开

25、。、对于那些产生大电流或有电流突变的电路，要提供 分离的接地系统，以减少对其它电路的瞬态干扰。6 63 35 5 搭接技术搭接技术 搭接是指使两个金属部件之间实现低阻抗的电流通搭接是指使两个金属部件之间实现低阻抗的电流通路。导线的连接及接地是一个物理概念，而搭接则是实路。导线的连接及接地是一个物理概念，而搭接则是实现这个物理概念的具体手段。在任何电气、电子系统中，现这个物理概念的具体手段。在任何电气、电子系统中，从一个小元器件到系统、子系统之间都需要进行搭接，从一个小元器件到系统、子系统之间都需要进行搭接，以便提供电源和信号的回路。以便提供电源和信号的回路。一、一、搭接的作用搭接的作用 搭接主

26、要应用在系统的以下部位：设备的金属外壳搭接主要应用在系统的以下部位：设备的金属外壳之间；设备与地之间；信号回路与地之间；屏蔽体与接之间；设备与地之间；信号回路与地之间；屏蔽体与接地平面之间；滤波器与机箱之间；电源回路与地之间；地平面之间；滤波器与机箱之间；电源回路与地之间；接地平面与连接大地的地网之间等。接地平面与连接大地的地网之间等。 搭接的作用主要是：搭接的作用主要是：、建立信号电流稳定的通路，避免金属连接点之间产、建立信号电流稳定的通路，避免金属连接点之间产 电位差，这个电位差会导致电磁干扰。电位差，这个电位差会导致电磁干扰。、实现屏蔽、滤波、接地等技术的设计目标。、实现屏蔽、滤波、接地

27、等技术的设计目标。、保证电源、信号的良好连接回路。、保证电源、信号的良好连接回路。、减小装置之间的电位差，避免电磁干扰。、减小装置之间的电位差，避免电磁干扰。、控制装置表面流动的射频电流。、控制装置表面流动的射频电流。、建立安全保护、雷电保护、静电放电保护的可靠回、建立安全保护、雷电保护、静电放电保护的可靠回 路。路。 搭接是控制电磁干扰的重要措施，搭接质搭接是控制电磁干扰的重要措施，搭接质量的优劣量的优劣成为衡量系统电磁兼容性能的重要指标。成为衡量系统电磁兼容性能的重要指标。 例例1 1：一电源低通滤波器如图：一电源低通滤波器如图6 63 33232所示，利用电容所示，利用电容C C1 1、

28、 C C2 2将高频成分旁路。当滤波器与地搭接不良时，搭将高频成分旁路。当滤波器与地搭接不良时，搭 接阻抗接阻抗Z ZB B 比电容比电容C C1 1、C C2 2的容抗大，干扰电流不再通的容抗大，干扰电流不再通 过途经过途经1 1而是通过途经而是通过途经2 2，即经电容，即经电容C C2 2至负载，因而至负载，因而 降低了滤波器的性能。降低了滤波器的性能。例例2 2：若信号参考地系统中：若信号参考地系统中 搭接不良，会使接地搭接不良，会使接地 措施形同虚设。措施形同虚设。例例3 3：电缆连接器的外壳和：电缆连接器的外壳和 设备之间的良好搭接设备之间的良好搭接 是保证电缆屏蔽的完是保证电缆屏蔽

29、的完 整性的主要因素。电磁屏蔽体要获得高的屏蔽效能整性的主要因素。电磁屏蔽体要获得高的屏蔽效能 主要也是要使屏蔽体与地很好地搭接。主要也是要使屏蔽体与地很好地搭接。例例4 4：在雷电保护网络中，一个雷击放电的大电流可能在：在雷电保护网络中，一个雷击放电的大电流可能在 不良的搭接点上产生几不良的搭接点上产生几KVKV的电压降，由此产生的电的电压降，由此产生的电 弧放电可能造成火灾或引起爆炸。弧放电可能造成火灾或引起爆炸。二、二、搭接的方法搭接的方法、直接搭接、直接搭接 直接搭接，即将欲连接的两个金属导体直接接触。直接搭接，即将欲连接的两个金属导体直接接触。严格的直接搭接结构可以具有一个十分低的直

30、接电阻和严格的直接搭接结构可以具有一个十分低的直接电阻和取决于搭接件形状的尽可能低的射频阻抗。一般尽量采取决于搭接件形状的尽可能低的射频阻抗。一般尽量采用直接搭接的方式，但这种方式只能用于两搭接件可以用直接搭接的方式，但这种方式只能用于两搭接件可以连接在一起并且没有相对移动的情况。连接在一起并且没有相对移动的情况。 直接搭接的方法包括：直接搭接的方法包括：1、焊接焊接 包括高温焊接（例如电焊、气焊、氩弧焊等）、钎包括高温焊接（例如电焊、气焊、氩弧焊等）、钎焊（例如将银焊料置于焊接件之间并将焊接件加温至焊（例如将银焊料置于焊接件之间并将焊接件加温至699.82K699.82K以上以上, ,但低于焊接件的熔点，这样填充的银焊料但低于焊接件的熔点，这样填充的银焊料均匀地散布于焊接件之间，使银焊料与焊接面紧密结均匀地散布于焊接件之间，使银焊料与焊接面紧密结合）、低温焊接（例如锡焊）。合）、低温焊接（例如锡焊）。2、压力搭接压力搭接 例如利用螺栓、螺钉连接、铆接、绞接、卡箍紧固等。例如利用螺栓、螺钉连接、铆接、绞接、卡箍紧固等。3、导电粘结胶粘结导电粘结胶粘结 导电粘结胶是一种掺银粉的环氧树脂，导电性能很导电粘结胶是一种掺银粉的环氧树脂，导电性能很