怎样接地才符合EMC【EMC学习】

【现象描述】

某产品的结构如下图所示。在进行电源端口±2 k V、信号端口±1 kV 的电快速瞬变脉冲群 ( EFT/B ) 测试时发现，当 P1、P2、P3 同时接地时，测试均不能通过；当只有P1接地时，电源口的 EFT/B 测试可以通过，信号电缆1与信号电缆2 测试均不能通过；

当P1、P2接地P3不接地时，电源口与信号电缆 1（屏蔽电缆）的 EFT/B 测试可以通过，但是信号电缆2 （屏蔽电缆）的 EFT/B 测试不能通过；当P1、P3 接地 P2不接地时，电源口与信号电缆2 的 EFT /B 测试可以通过，但是信号电缆3 的 EFT /B 测试不能通过；当P1、P2、P3 都接地时，所有端口的EFT/B测试不能通过。

从以上结果看，没有一种接地方式可以让产品所有端口的EFT/B测试通过。

【原因分析】

EFT/B于扰造成设备失效的机理是利用干扰信号对设备线路结电容的充电，在上面的能量积累到一定程度之后，就可能引起线路（乃至系统）出错。这个结电容充电的过程也就是EFT/B 干扰的共模电流流过 EUT的过程，流过 EUT 的共模电流的大小和时间直接决定了 EFT/B 试验结果。

在本产品中，上、下板之间通过排针互连显然高频下阻抗较大（一般一个 PCB 板上的接插件， 有 520 µH 的分布电感； 一个双列直插的 24 引脚集成电路插座，引入 4 µH- 18 µH 的分布电感）。

三个接地点之间也只是通过较窄的 PCB走线互连 ，阻抗也较大。从这方面来说， 该 EUT 一方面需要单点接地来减小共模电流流过 EUT 内部电路。另一方面，从阻抗分析及试验现象上看， 三个接地点 之间存在区别，或者说三个接地点之间存在较大的阻抗，这样一来需要通过一定的方法来降低三个接地点之间的阻抗，以使共模电流流过时，压降较小，这对试验成功也非常有利。

增加导线的直径对千减小直流电阻是十分有效的，但对于减小交流阻抗的作用很有限。而在 EMC 中，人们最关心的是交流阻抗。为了减小交流阻抗， 常常采用平面的方式， 就像 PCB 中设置完整的地平面或电源平面那样，而且尽量较少过孔、缝隙等，当然也可以用金属结构件来作为不完整地平面的补充，以降低地平面阻抗。

一般可以认为完整的、无过孔的地平面上任何两点间在 100 MHz的频率时，阻抗可以认为是 3 mΩ, 在这种地平面下， 对于 TT L 电路至少可以承受 600 A 的脉冲电流（即600 A 电流流过是产生 1. 8 V 的压降）， 而电快速瞬变的最大电流在 4 kV 下也只有 80 A（受电快速瞬变脉冲群发生器 50Ω内阻的限制）。在实际应用中，地平面不可能没有过孔，如果平面中有过孔或由过孔造成的缝隙、开槽。每1 cm长的缝隙就会造成10nH电感，那么当有80 A 电流流过时就会产生较大的压降，此时必须通过接地、滤波、金属平面等方式来解决电快速瞬变干扰问题。可见，具有完整地平面对提高抗干扰能力的重要性，尤其对于不接地的设备来讲，完整地平面显得更为重要。

【处理措施】从以上的分析可以得出以下主要解决方式：

(1)将多个接地点改成单个接地点，即图中的P2、P3仅接电缆的屏蔽层，取消试验和实际使用时接参考地的接地线，仅保留P1用来试验和实际使用时接地。

(2)用一块金属片将P1、P2、P3 连接在一起，而且保证 Pl 、P2、P3的任何两点间的长宽比小于3,即保证很低的阻抗。

经过以上两点改进后，再进行试验，测试通过。电源端口通过士2kV测试，信号端口通过土1kV测试。

【思考与启示】

(1)在高频的EMC范畴中，多点接地时的各个接地点之间的等电位连接对EMC非常重要，确认等电位连接的可靠方式是确认任何两点间的导体连接部分长宽比小于5（长宽比小于3将取得更好的效果）。

(2)相对于EFT/B干扰源的远端接地对EUT的抗干扰能力是不利的， 这样必然促进干扰的共模电流流过电路的地平面。

(3)接地平面的完整不但对EMS有很重要的作用，同样对EMI 也很重要。

(4)有关接地系统所关心的重要领域包括：

• 通过对高频元件的仔细布局，减小电流环路的面积或使其极小化。

• 对PCB或系统分区时，使高带宽的噪声电路与低频电路分开。

• 设计PCB或系统时，使干扰电流不通过公共的接地回路影响其他电路。

• 仔细选择接地点以使环路电流、接地阻抗及电路的转移阻抗最小。

• 把通过接地系统的电流考虑为注入或从电路中流出的噪声。

• 把非常敏感（低噪声容限）的电路连接到一稳定的接地参考源上，敏感电路所在区域的地平面阻抗最小。

注：以上用例来自《EMC电磁兼容设计与测试案例分析》