ZZ:再谈接地

接地-布局




我们在做产品时，除了需要考虑完成的功能，同时需要考虑产品的RAMS要求，同样地EMC分析也是一个好的产品必须具备的步骤。什么是RAMS分析？怎样分析？我会在讨论完EMC问题后，为大家慢慢讲解。今天重点说一说EMC设计中的布局。

一个产品，没有一个好的布局是不可相像的。比如，机箱的每个面都有引线，暂不说带来的EMC问题，就是从美观和可安装性上来说，就不可能成为一个好的产品。先从结构上说起，我们布局时尽量把引线放在机箱对称的两侧，最好的放在一侧，这样无论是外观，还是可安装性，都是上上之选。



不管是机笼，还是一块整板，只要你逻辑功能图都如上图一样，那么你就要注意了，右边的电缆到达一定长度时，不管你加不加C1，结果都是一样的：产品不可能通过测试。

如果根据下图修改，效果会好很多。


上图最大的特点，就是一侧布局。但这样还是不够，如果有大能量共模干扰耦合到电源线上，虽然能量不会通过板卡内部，但干扰会在电缆接口部分形成局部电压差，很可能烧毁电缆接口芯片，所以需要在电缆与芯片之间的导线上串一个几十欧的电阻，并在电阻与接口芯片之间的信号线与信号参考地上加TVS 管。

4、接地--浪涌试验时为什么只烧毁功放板



有人问我：在做设备的浪涌试验时，其他的都没有损坏，为什么只有离电源输入端最远的功放板烧毁了？我也很纳闷，等看过了他的布局图，我乐了，因为我也犯过同样的错误。

设备布局图如下：



打不开，请参考附件

在分析前，先明确接地的概念，这里的接地，不是指安全地，而是特指参考地。因为EMC测试所说的地就是参考地，是一个大面积的等电位的金属板，这个金属板接大地的线缆就是安全接地线。

这只是个简图，原图上没有C1、C2、 C3、C4和C5，是我后期为了分析容易补上去的，电源输入线的正负极之间肯定也有保护电路，如果大家感兴趣，我们可以在后续文章里再重点讨论。同样，我们这里也不讨论差模干扰，因为对于浪涌，差模很容易解决。

在设备布局时，他考虑更多的是功能，对EMC设计考虑的太少。EMC里的接地的主要目的是改变共模干扰传输路径，避免干扰电流流过敏感电路。

原图的设计中针对浪涌的处理，靠的是工作地和机箱间的空气间隙来保证。但是，对于高频干扰信号，影响最大的是寄生参数，隔离电路只能阻断差模信号，对共模干扰没有阻隔能力。

从图上可以看出，相对于输入干扰信号，存在很多寄生通道，如C1、C2、 C3、C4和C5，因为任何信号的传递，都是闭环的，干扰信号肯定会通过这些寄生通道流回到干扰源，只是流过不同寄生通道的电流大小不同罢了。

当电缆相对于参考地位10cm时，寄生电容为50pf/m，寄生电感是10nH/m。对于长距离传输的电缆，功放和外设之间的距离超过100米，这个时候，如果C1和C2也是寄生电容，那么C3和C4就是一个低阻抗的通路，浪涌共模干扰电流就通过大面积的背板流向功放板，然后通过C3流向参考地，功放板能保住那就见鬼了。

为什么控制板没有问题呢？那是因为控制板没有对地泄放通路，准确地说对参考地的寄生电容太小，相对于功放板的输出电缆，可以忽略不计。

分析到这里，大家应知道怎么进行EMC改造了吧，那就是在电源板上加上C1和C2。

C5和机箱接地点对本文分析影响不大，但它在其他应用里影响相当可以。本来想同时分析一下，但不知不觉，就写了这么多，只好打住，也不知道说明白了没有，呵呵。


5、接地-数字地和模拟地如何接？

概述：
PCB模拟地和数字的接法在很多资料里都有论述，基本大部分是从信号完整性的角度来进行讲解。既然这个帖子是属于EMC分析，所以，本帖子重点从EMC设计的角度进行论述。

接地的目的是为了引导干扰电流的方向，也就是说，一个好的结构布局保证设备对外*扰电流不流向电缆，外部对设备的干扰电流不流向核心电路。设备的通用接地点一般靠近电源输入口。

对于静电测试，容易出现问题的地方一般出现在接口部分以及开口或接缝处，这里不讨论其他问题，只讨论模拟接地。

很多仪器仪表产品的基本结构如下图所示：


上图是一个典型接法，模拟地与机箱之间不是直接电连接，采用一点接地。在静电测试中，模拟接口不可避免的会把能量接入模拟地，再通过接地点流向机箱（上几篇文章详细地论述了PCB板直接接机箱或浮地，结果是一样的，只不过流过PCB的干扰电流大小的问题）。在静电通过接地点时，在数字地和模拟地之间有一个△V的电压差，相对于模拟器件（A/D,D/A），这个压差就会影响到模拟器件的工作，A/D采集可能出现坏点，D/A输出可能就有一个阶跃，这在一些应用中就是致命的。

如果模拟地不是通过接地点与机箱相接，直接由螺钉连接，是不是就可以解决这个问题？结论是“可能”，不管你怎么连接，只能改变流向核心电路的能量大小，不可能完成避免。

如果改成下图的结构，结果要好很多：


采用全铺地，并且在模拟器件的旁边，在两个地之间加两个接地螺钉，效果要好很多，能量就近泄放，不会像上图一样形成一个大的泄放环路，不会在两个地之间形成电压差（或非常小，在模拟器件的共模抑制能力范围内），模拟器件在外部干扰下可以正常工作，顺利通过各种针对信号线的测试。

这只是一个典型例子，其实，不管什么样的结构，都可以近似于上图的模型，进行EMC分析和改造，只要记得，接地的本质就没问题。

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