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产品接地设计与 EMC 分析：打造电磁兼容的坚实基础

已有 110 次阅读| 2025-6-23 14:19 |系统分类:芯片设计

· 在电子设备的设计与应用中，电磁兼容（EMC）是确保设备稳定运行、避免干扰与被干扰的关键领域。而其中，产品接地设计又是影响 EMC 性能的核心要素之一。本文将深入探讨产品接地设计与 EMC 分析方法，帮助您全面理解接地与浮地的概念以及接地在改变共模电流方向中的重要作用。

4.1.1 什么是接地与浮地

在电磁兼容领域，接地有着丰富的内涵与多样的目的，通常可分为保护性接地和功能性接地两大类。

· 保护性接地

· 防电击接地：这是从安全（safety）角度出发的重要接地方式，主要用于防止电气设备因绝缘损坏或产生漏电流，导致平时不带电的外露导电部分带电而引发电击事故。它不仅能限制线路涌流，还能应对低压线路及设备因高压窜入而产生的高电压情况。当电器故障发生时，有利于过电流保护装置动作，及时切断电源，保障人员和设备安全。这种接地方式也就是狭义上的 “保护接地”，有时也被称为 “PGND”。

· 防雷接地：雷电或浪涌的能量巨大，防雷接地的作用就是将这些能量引入大地，避免大电流对人身造成电击以及对财产造成破坏，为设备和人员在恶劣天气条件下提供可靠的保护。

· 防静电接地：在当今电子设备广泛应用集成电路的时代，静电对设备的危害不容忽视。防静电接地就是将静电荷引入大地，防止静电积聚对人体和设备造成损害。要注意的是，这里的防静电接地与 EMC 意义上的防 ESD（静电放电）接地有所不同，ESD 是一个瞬态过程，而防静电接地是为了防止电荷累积，避免发生 ESD 现象，保护集成电路等敏感元件。

· 防电蚀接地：通过在地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，可以有效防止电缆、金属管道等受到电蚀，延长这些金属部件的使用寿命，确保整个系统的稳定运行。

· 功能性接地

· 功率接地：对于电力系统而言，功率接地是保证其正常运行、防止系统振荡以及确保继电保护可靠性的关键措施。在交直流电力系统中，交流一般选择中性点进行接地，而在电子设备系统中，除电子设备系统以外的交直流接地被称为功率地。

· 逻辑接地：为了给电子设备中的电路提供稳定的参考电位，通常将所有或局部电路的参考点定义为 “逻辑地” 或 “0V” 地，规定该点电压为 0V，电路中其他各点的电压均以此为基准。一般会采用金属底板或 PCB 中的平面作为逻辑地。在本文中，数字电路的逻辑接地被称为 “工作地” 或 “GND”，其他模拟信号系统的逻辑地则被称为 “模拟工作地” 或 “AGND”。

· 屏蔽接地：在 EMC 领域，屏蔽接地起着至关重要的作用。它能够将干扰源引入大地，有效抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，同时也能减少电子设备自身产生的干扰对其他设备的影响。在 EMC 测试时，这个接地点通常就是参考接地板。

从接地的定义可以看出，EMC 范畴内的接地主要属于功能性接地。真正意义上的 EMC 良好接地，并非仅仅在原理上将产品中的某一点与大地（或 EMC 测试中的参考接地板）相连，还包含了频率的概念。也就是说，要求产品接地点与大地（或参考接地板）在 EMC 所关心的频率范围内实现等电位连接，确保地线上不存在明显的压降，这样才能有效保障设备的电磁兼容性。

而浮地则是指在产品中没有专门的地线在电气上与大地（在 EMC 测试中即参考地板）相连接。如果产品中所有电路都不存在这种电气连接，那么该产品就是浮地产品；如果只是产品中的局部电路，比如被变压器、光耦等隔离器件隔离的电路，没有专用地线与大地或被接地的电路相连接，那么这部分电路就是浮地电路。

4.1.2 接地是改变共模电流方向的重要因素

在电磁兼容的研究中，共模电流的路径是一个关键问题。对于浮地设备来说，共模电流的路径通常由产品中各个部分（如电缆、各部分电路）对地的寄生电容以及各个部分电路之间的寄生电容所决定。

而对于接地产品，无论是工作地直接接地还是通过 Y 电容接地，接地点在共模电流路径中都起着决定性作用。我们知道，电流总是循环流动的，无论是电路中的有用信号还是干扰信号，都是以电子流的形式进行传递，电子流在到达负载后，最终必然要返回至信号的参考端。在以共模形式注入干扰的 EMC 抗扰度测试中，典型的如 EFT/B 抗扰度测试，参考端就是参考接地板，这意味着干扰电流总是从参考接地板返回。

当产品中的接地点与参考接地板实现等电位相连后，产品中的接地点就成为了共模干扰电流返回的主要途径。对于正电压的共模干扰，产品中的接地点是产品中电势最低、对地（参考接地板）阻抗最低的地方，根据电流流向电势较低点的特性，接地点决定了共模电流的流向；对于负电压的共模干扰，产品中的接地点则是产品中电势最高、但对地（参考接地板）阻抗依然最低的地方，此时接地点作为共模干扰电流的出发点，流向电势较低的点。

由此可见，产品中接地点的选择对于共模干扰电流的流向有着至关重要的影响。如图 4-1 和图 4-2 所示，不同的接地点布置会使共模电流的路径产生巨大差异。在图 4-1 中，当产品的接地点靠近信号电缆的输入口时，注入信号电缆的共模干扰电流一进入信号电缆端口就会直接流入大地；而在图 4-2 中，当接地点远离信号电缆的输入口，并位于信号电缆端口的另一侧时，注入信号电缆的共模干扰电流将经过整个 PCB 中的电路，再从信号电缆端口的另一侧流入参考接地板（大地），这样一来，PCB 中的电路都会受到共模干扰电流的影响。