第4章 电磁干扰抑制的接地技术

4.1接地的概念4.2安全接地4.4屏蔽体接地4.5地回路干扰及其抑制4.6搭接4.3信号接地4.1接地的概念指电路或系统的电位基准面（相对电位零点）接地的两种含义：

（2）系统基准“地”指电路、设备、或系统与“地”所建立的低阻通路。如设备外壳、金属底座、屏蔽罩、粗铜线、铜带等。什么是地？接地：在系统的选定点与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。（1）接“大地”，以地球电位作为基准，并以大地作为零电位。提供放电通路。几点说明：理想接地面处处零电位，零阻抗。实际上即便是超导，表面两点之间也存在电抗效应，实际只是近似而已。接地面应采用低阻抗材料（如铜）制成，并有足够的长度、宽度和厚度，以保证在所有的频率上都呈现低阻抗。如：用于安装固定设备的接地平面应当有整块铜板或网格

（25cm×25cm）或更密一些的铜栅网组成。对多路发射机装置要求用薄铜板作接地平面。接地平面还应对大地呈现很大的电容。在组装时，接地平面应延伸到所有设备底面的下方，而且应比设备底面最大尺寸伸长1.8m或更远。如：大功率发射机要求接地平面在径向延伸到最低工作频率波长的1/4,以便排除地电流。还需设计一条接地母线，

以便为设备提供就近接地汇流点，该母线应该每隔1.8m或更短的间距与接地平面经铜带熔焊连接在一起。避免因静电感应，使机壳上积累过多电荷，产生高电压，导致设备内部放电造成干扰；“接地”不一定与大地相通，但在某些情况下必须相通。为操作人员提供安全保障。Z2Z1U1U2机箱Z1+Z2

Z2U2＝U1Z1:高压部件与机箱间的阻抗；Z2:机箱与大地之间的阻抗。若不接地，Z2为无限大，机箱电压就是电源电压，危险!!!若接地，Z2=0，U2=0,安全使整个系统有一个公共的零电位基准面，并给高频干扰电压提供低阻抗通路，以达到系统稳定工作的目的。为系统的屏蔽接地，取得良好的电磁屏蔽效果，达到抑制电磁干扰的目的。③在电磁兼容领域，最容易犯的错误是忽视了导线电感引起的阻抗，特别是当频率较高时，电感的感抗会远远大于电阻。作用分类安全接地信号接地单点接地多点接地混合接地悬浮接地设备安全接零保护防雷接地接地的分类

4.2安全接地设备安全接地

动力电气设备（如电动机），除了外壳接地外，还应与电网零线连接，称为接零保护。接零保护机壳相线零线地线防雷接地：避雷针由三部分组成：接闪器（指高架避雷塔上的金属棒、金属针，建筑物或构筑物上的避雷网、避雷线）引下线接地体把可能受到雷击的物体和大地连接，以便提供泄放大电流的通路。信号接地：为信号电流提供流回信号源的低阻抗路径接地电流流经接地线时，会产主传输线效应和天线效应。当线条长度为1／4波长时，可以表现出很高的阻抗，接地线实际上是开路的，接地线反而成为向外辐射的天线。4.3信号接地单点接地多点接地混合接地悬浮接地信号接地方式串联单点接地并联单点接地信号接地方式的种类(1)串联单点接地优点:结构简单，易于实现。缺点:各点的地电位相互影响较大，最容易引起干扰。

实践处理:具有最低接地电平的电路放在最靠近接地点的地方；敏感设备放在最靠近接地点的地方；大功率电路与小功率电路的混合系统，应避免单点接地。N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC单点接地（低频）

接地点的选择接地点靠近最低电平电路N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC接地点靠近最高电平电路N1N2N3R1R2R3I1I2I3ABC(2)并联单点接地优点:各电路互相不影响缺点:1)结构复杂、不便于使用；

2）各地线间可能形成电容性和电感性耦合。结论：单点接地只适用于低频电路

当l接近于

/4时，有很强的天线效应，向外辐射；高频时分布电容与分布电感的影响，难以实现真正的单点接地。各电路的地电位R1R2R3N1N2I1I2I3N3ABCR1R2R3N1N2I1I2I3N3ABC说明:各电路的地电位优点:接地线较短，适用于高频及数字电路。缺点:形成各种地回路，可能造成地回路干扰。R2N2I2BL1N1I1AR3I3N3CL2L3R1多点接地（高频）多点接地，应尽可能减少接地线长度，使高频阻抗减至最小。一般情况下，电子设备往往以镀银版作为接地母线，以减少表面阻抗。小结：

单点接地适用于低频，多点接地适用于高频；当时，一般采用单点接地；

当时，一般采用多点接地；当时，若，则采用多点接地；若，则采用多点接地。

当时，一般采用单点接地；

如果电路对电压降很敏感，则接地线长度应比更小；若电路只是一般敏感，则接地线可大于。准则第一类接地系统：

敏感信号和小信号接地系统。包括低电平、小信号检测、传感器输入、前级放大、混频器电路等。第二类接地系统：

非敏感信号或大信号接地系统，包括高平电路、末级放大器电路以及大功率电路。（1）不同接地系统的特点特点：特别容易受到干扰，出现电路失效或电路性能降低，接地导线应尽量避免混杂其他电路。特点：必须将其与小信号接地线分开设置。按照电路各自的特点，对不同的电路采用不同的接地方式。混合接地第三类接地系统：干扰源器件、设备的接地系统。如电动机、继电器、火花塞等。第四类接地系统：

机壳、设备底座、系统金属构架等。注意：工程实践中，模拟地与数字地必须分别设置；直流地与交流地必须分别设置。特点：干扰频带宽、瞬态电平高。除屏蔽外，必须与其它接地分开设置。特点：保证人身安全和设备工作的稳定。模拟电路窄带低电平（μV,mV）数字电路宽带中电平（V）

(2)

低频电路的串、并联混合接地低电平电路串联接地高电平、强噪声电平电路串联接地机箱、机架串联接地并联接地G低电平电路高电平、强噪声电平电路机箱、机架9音轨数字磁带机的典型接地方法机架2机架1机箱机箱安置在机架上的电子电路必须有各自的接地线(3)

高、低频电路单点与多点混合接地低频：电容的阻抗大——单点接地高频：电容的阻抗小——多点接地N1N2N3低频单点、高频多点混合接地如：抗高频干扰的低频传输屏蔽电缆。低频单点、高频多点混合接地

如图所示为一低电平视频电路，在从音频到高频下，实现了低频单点、高频多点，避免了低频地电流回路的形成。注意:避免电容与引线电感发生谐振。音频端高频端大地或车辆的接地面N1N2高频：电感的阻抗大——单点接地低频：电感的阻抗小——多点接地N1N2N3高频单点、低频多点混合接地低频多点、高频单点混合接地

如图所示，计算机及其外设一般需要导线接地，但是容易引起电气干扰。通过加线圈（1mH：f=50Hz，Z

<0.4Ω；f=

50k~1MHz，Z

约为1kΩ）这种方式有助于抑制地线中的感应、瞬变和干扰进入逻辑总线。4.浮地

设备地线系统在电气上与大地相绝缘。N1信号地安全地N2N3

利用悬浮机壳内的屏蔽层降低地回路干扰机壳屏蔽层可以避免安全接地回路中的干扰电流影响信号接地回路。可以减少由于地电流引起的共模干扰；优点：缺点：N1信号地安全地N2N3减少由于不当的接地而产生的干扰；对传导干扰也有较好的抑制作用。不能适应复杂的电磁环境，特别是对于一个较大的电子系统，对地的分布电容较大，不能做到真正的悬浮；雷击、静电感应时，会击穿绝缘，甚至引起弧光放电。

4.4

屏蔽体接地

1.单层屏蔽盒的接地

放大器输出端电压，形成反馈，此反馈不除，放大器将产生自激震荡。2C1S～1C2SC3SUNU3

3Zin

1

2

3

C2S

C3S

C1SU3Zin消除此干扰的方法：

屏蔽盒与放大器的公共端短接。注意：这种连接方式在放大器公共端不接地也适用。通常，则2.双层屏蔽盒的接地

不正确的接地方式正确的接地方式内屏蔽层外屏蔽层内屏蔽层外屏蔽层3.

电缆屏蔽层的接地(1)放大器接地，信号源不接地

f<1MHz时，电缆一般采取一端接地。四种可能的接地方式：

A、B、C、D结论：方式D最好①方式A

干扰会直接流入一条芯线，产生干扰，不合适。USUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～②方式BC1SUG2～UG1～12UN屏蔽体BC2S等效电路C12③

方式C

仍然不理想④方式DUSUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～C1SUG2～UG1～12UN屏蔽体CC2SC12C1SUG2～UG1～12UN屏蔽体DC2SC12USUG1UG2ABCD12C1SC12C2S～～～(2)放大器不接地，信号源接地结论：方式A最好小结：当电路有一个接地信号源与一个不接地的放大器连接时，连接电缆的屏蔽层接地应接至信号源的公共端；当电路有一个不接地信号源与一个接地的放大器连接时，连接电缆的屏蔽层接地应接至放大器的公共端。~~~~~~

同轴电缆

屏蔽双绞线

同轴电缆

屏蔽双绞线

同轴电缆与屏蔽双绞线的接地方式

采用保护层的电路通常为信号能量或功率相当低的电路，或是噪声干扰相当大的场合。保护屏蔽层维持在A点的电位，以消除噪声电流放大器保护层经由电缆接于A点两道屏蔽措施的安排由屏蔽绞线接至已接地的信号源的放大器器

除了使用各种噪声抑制技术外，再加上屏蔽层的保护措施，可使噪声干扰降至最小。例如图所示的例子，R1=R2=0，Rs=2.6kΩ，C1G=C2G=100pF而VG为60Hz、100mV的信号。加上保护层的例子加上保护层可减小输入端与接地点间的分布电容使用保护层，使导线到地端的电容降为2pF，到放大器输入端的噪声电压为0.2μV，有34dB的改善。=10μV因100pF在60Hz时的阻抗为26MΩ

，则无保护层时，放大器输入端的电压可写成：4.5

地回路干扰及其抑制1.地回路干扰由地回路中的共模干扰电压在受害回路输入端引起的干扰电压。地回路干扰的来源:共地阻抗的共模干扰；场对导线的共模干扰。地回路干扰模型信号电流电路1电路2UG~地电流IGISZG地回路耦合系数:计算地电流的等效电路UG~IGZGZCZSZL干扰源电压地阻抗负载阻抗线路阻抗电源阻抗地电流的计算

RC1

A

RC2US

B

UGRS

RG~~

RL信号源与放大器都接地

RL

UN~RGUG

RC1

RS

RC2等效电路AB通常则故两点接地的噪声干扰

在信号源的接地端接入一阻抗ZSG当则故

RC1

A

RC2US

B

UGRS

RG~~

RL信号源端接入一阻抗

ZSG

RL

UN~RGUG

RC1

RS

RC2等效电路AB

ZSG且当时，

例：设RC1=RC2=1Ω、RS=500Ω、RL

=10kΩ、RG

=0.01Ω、

UG=10mV，试计算在放大器输入端的干扰电压值。

若在信号源与地之间加一个很大的阻抗ZSG=1M

，则解：接地干扰电压几乎全部施加于放大器输入端的输入端有效抑制了地干扰对放大器输入端的影响。2.地回路干扰抑制技术在信号回路中使用隔离变压器在信号回路中使用中和变压器（共模扼流圈）在信号线上使用磁环在数据线路中使用光电耦合器或光纤使用差分放大器原理：地回路被隔离变压器阻隔分析：由于绕组间存在分布电容，仍会产生一定干扰或讨论:当时，对低频干扰有较好的抑制能力提高抑制干扰能力的措施:

减少绕组间的分布电容；

降低负载阻抗CUG～RL干扰等效电路电路1电路2UG~C电路模型隔离变压器对地回路干扰的抑制

当时，适用范围:，即电路1电路2UG~C结论：不能传输直流信号，对低频信号影响较大。因此，对直流和低频信号电路不宜采用。对低频干扰有较好的抑制能力；变压器的初、次级之间有寄生电容，对高频干扰的抑制效果不好；结构：两个绕向相同、匝数相同的绕组构成电路2电路1扼流圈的一种安装方式电路模型信号电流电路1电路2UG~地电流UG~US~ML1L2RC1RC2RL等效电路共模扼流圈对地回路干扰的抑制对于流过接地线的共模干扰电流，流经两线电流方向相同,所产生的磁场相长，故扼流圈对回路干扰电流呈现高阻抗，起到抑制地回路的作用。对于正常信号，流过的电流相反，所产生的磁场相消，对电流没有影响，且不会切断直流回路；原理：电路模型信号电流电路1电路2UG~地电流UG~US~ML1L2RC1RC2RL等效电路①对干扰信号的抑制设两绕组上的电流分别为I1、I2，则（令US＝0）UG~ML1L2RC1RC2RL等效电路在一般情况下当时，得故——扼流圈的截止频率I2I1②对信号的影响设两绕组上的电流分别为IS、IG，则（令UG＝0）结论：对高频干扰具有较好的抑制能力得US~ML1L2RC1RC2RL等效电路IGISIS-

IG当时原理：同纵向扼流圈结论：信号电流主要流经同轴线的屏蔽层得当时，分析：由A—RS—LS—B—A构成的回路中——同轴线的截止频率~MLSI1RSRL等效电路IGISAB同轴电缆对地回路干扰的抑制电路1电路2UG~ZGISI1IG铁氧体磁环是高导磁率和高电阻率的材料，对高频干扰有很好的抑制损耗，而对低频电路的损耗较小。对共模干扰的抑制电路1电路2UG~ZG对异模干扰的抑制在信号线上使用铁氧体磁环电路1UG~ZG电路2用光电耦合器断开地回路电路1电路2UG~ZG光电耦合器对信号的传输

利用发光二极管的发光强度随通过它的电流的变化特征，把电路1的信号变换成强弱不同的光信号；光敏三极管再把强弱不同的光信号转换成信号电流，从而完成电路1和电路2之间的信号传输。使用光电耦合器抑制地回路干扰用光电耦合器断开地回路电路1电路2UG~ZG光电耦合器对干扰的抑制

光电耦合器利用光来传输信息，从输入端传送到输出端的光电耦合器件使得输入和输出在电气上完全隔绝，因而能有效地抑制干扰。光电耦合器适用于数字电路，不适用于模拟电路。光电耦合器的输入—输出端之间的杂散电容（0.3pF~10pF）限制了光电耦合器在高频端的使用。使用光电耦合器抑制地回路干扰光纤的优点是具有无感应性和高度隔离性，相当于在共模地回路中引入一个高阻抗，能从比值上消除干扰，常用于作强电磁干扰环境中的信号传输线以及作微弱检测信号传输线。光纤对地回路干扰的抑制用光纤消除地回路耦合电路2UG~ZG电路1差分放大器的输出电压当两个输入端对地平衡时，即为差分平衡器件。电路连接电路1电路2UG~ZGKU0=K（U1

－U2）

U0输入端

U1

U212输出端公共端差分放大器示意图K使用差分放大器抑制地回路干扰对干扰的抑制，则通常若，且，则RGRC1RC2U1U2BRL2RSRL1A~UG

U0RC1RGRL2RL1~RSRC2

U1

U2~USUGBA等效电路例：UG=100mV，RG=0.1Ω，RS=500Ω,RC1=RC2=1Ω

，

RL1=RL2=10kΩ

，求UN=？若RL1=RL2=100kΩ时,UN=？解：当，则RGRC1RC2U1U2BRL2RSRL1A~UG

U0RC1RGRL2RL1~RSRC2

U1

U2~USUGBA改进电路RR其中如此，大为减少干扰，同时对信号而言，也没有增加输入阻抗。搭接：两个金属物体之间的结构连接。4.6

搭接目的：为电流提供一个电气上连续的结构面和低阻抗通路。搭接的概念减小设备间的电位差；减小接地阻抗、降低接地公共阻抗干扰和地回路干扰；实现屏蔽、滤波和接地技术的设计目的；防止雷电放电的危害、保护设备等的安全；避免静电放电。良好搭接的作用搭接阻抗LBRB搭接的高频等效电路CB不良搭接的影响干扰源敏感设备LRBCLBC若影响滤波效果不良搭接的影响间接搭接:采用搭接条或者其他辅助导体将两个金属物体连接起来。直接搭接：两金属表面直接接触。搭接的类型永久性搭接：利用铆接、熔焊、压接等工艺方法使两个金属物体保持固定连接。半永久性搭接：利用螺栓、螺钉、夹具等辅助器件使两个金属物体保持连接。搭接电阻极小，搭接性能稳定，不能变化存在一定的搭接电阻，搭接性能不稳定，灵活，可分开搭接的方法搭接面的表面处理是为了保证真正良好的电接触。在搭接前，要仔细清除搭接面上的油污、油漆、残屑、灰尘以及绝缘氧化薄膜，有时还应覆盖一层导电层如镀银或镀金等。在搭接之后，为了避免腐蚀有时也需覆盖一层保护层。不同金属长时间接触时，会出现腐蚀与合金化，影响搭接的接触电阻及质量稳定性。因此对搭接材料应加以选择，避免腐蚀的发展和减小接触电阻。搭接面的表面处理常用金属的电化学序金属电动势（V）金属电动势（V）镁-2.37镍-0.25铍-1.85锡-0.14铝-1.66铅-0.13锌-0.76铜+0.34铬-0.74银+0.80铁-0.44铂+1.20镉-0.40金+1.50电极电位越低，腐蚀的速度越快，电极电位增加，腐蚀的灵敏度逐渐递减。两种不同组的金属接触时，主要是靠序列上部的金属即阳极金属发生腐蚀。搭接材料