EMC理論基礎(chǔ)知識(shí)之接地和濾波設(shè)計(jì)

　　接地是抑制電磁干擾、提高電子設(shè)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(shè)備向外輻射干擾；反之錯(cuò)誤的接地反而會(huì)引入嚴(yán)重的干擾，甚至使電子設(shè)備無(wú)法正常工作。

　　1、接地的概念

　　電子設(shè)備中的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”，另一種是“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”。接地就是指在系統(tǒng)的某個(gè)選定點(diǎn)與某個(gè)電位基準(zhǔn)間建立低阻的導(dǎo)電通路。 “接大地”就是以地球的電位作為基準(zhǔn)，并以大地作為零電位，把電子設(shè)備的金屬外殼、線路選定點(diǎn)等通過(guò)接地線、接地極等組成的接地裝置與大地相連接。“系統(tǒng)基準(zhǔn)地”是指信號(hào)回路的基準(zhǔn)導(dǎo)體（電子設(shè)備通常以金屬底座、機(jī)殼、屏蔽罩或粗銅線、銅帶作為基準(zhǔn)導(dǎo)體），并設(shè)該基準(zhǔn)導(dǎo)體電位為相對(duì)零電位，但不是大地零電位，簡(jiǎn)稱(chēng)為系統(tǒng)地。接地的目的有兩個(gè)：一是為了安全，稱(chēng)為保護(hù)接地。電子設(shè)備的金屬外殼必須接大地，這樣可以避免因事故導(dǎo)致金屬外殼上出現(xiàn)過(guò)高對(duì)地電壓而危及操作人員和設(shè)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(tǒng)中，有時(shí)一個(gè)地既承擔(dān)保護(hù)地，又承當(dāng)防雷地的作用；或既承擔(dān)工作地，又承當(dāng)保護(hù)地的作用。而不同功能的地連接，針對(duì)的電氣對(duì)象不同，其處理方式的側(cè)重點(diǎn)還會(huì)有所差異。

　　a. 保護(hù)接地

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

　　保護(hù)地保護(hù)原理是：通過(guò)把帶故障電壓的設(shè)備外殼短路到大地或地線端，保護(hù)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(dá)到保護(hù)設(shè)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(tǒng)之間信號(hào)的等電位參考點(diǎn)或參考平面，它給信號(hào)回流提供了低的阻抗通道。信號(hào)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(dǎo)體的連接或搭接無(wú)論做的如何好，總有一定的阻抗，信號(hào)的回流會(huì)在工作地線上產(chǎn)生電壓降，形成地紋波，對(duì)信號(hào)質(zhì)量產(chǎn)生影響；信號(hào)越弱，信號(hào)頻率越高，這種影響就越嚴(yán)重。盡管如此，在設(shè)計(jì)和施工中最大限度地降低工作接地導(dǎo)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圈構(gòu)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(yīng)用的濾波器。為了減小電源和信號(hào)線纜對(duì)外輻射，接口電路和電源電路必須進(jìn)行濾波設(shè)計(jì)。

　　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(shè)計(jì)中，電容靠近高阻抗電路設(shè)計(jì)，電感靠近低阻抗電路設(shè)計(jì)。

　　電容器的插入損耗隨頻率的增加而增加，直到頻率達(dá)到自諧振頻率后，由于存在導(dǎo)線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(fù)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(jié)果表明，濾波器阻抗兩側(cè)端口阻抗失配越大，對(duì)電磁干擾能量的衰減就越是有效。由于電源線側(cè)的共模阻抗一般比較低，所以濾波器電源側(cè)的阻抗一般比較高。為了得到較好的濾波效果，對(duì)低阻抗的電源側(cè)，應(yīng)配高輸入阻抗的濾波器；對(duì)高輸入阻抗的負(fù)載側(cè)，則應(yīng)配低輸出阻抗的濾波器。

　　普通的電源濾波器對(duì)于數(shù)十兆以下的干擾信號(hào)有較好的濾波作用，在較高頻段，由于電容的電感效應(yīng)，其濾波性能將會(huì)下降。對(duì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)，具有良好的濾波特性，其有效頻段可以擴(kuò)展到 GHz，因此在無(wú)線產(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(jī)箱（機(jī)柜）的金屬壁上；

　　3） 濾波器直接與機(jī)柜緊密連接，濾波器下面不能涂保護(hù)漆；

　　4） 濾波器的輸入輸出引線不能并行，交叉。