地線設計是電磁兼容設計中大家都很注意,卻又不知道應該怎樣去做的一個問題。了解了地線造成干擾問題的機理之后,在設計和實施地線時就有了一個明確的思路。本期從介紹地線造成干擾的原理入手,使讀者了解設計地線的關鍵和原則。1什么是地線？地線有安全地和信號地兩種。前者是為了保證人身安全、設備安全而設置的地線,后者是為了保證電路正確工作所設置的地線。造成電路干擾現象的主要是信號地,因此這里僅討論信號地的問題。信號地的
地線設計是電磁兼容設計中大家都很注意,卻又不知道應該怎樣去做的一個問題。了解了地線造成干擾問題的機理之后,在設計和實施地線時就有了一個明確的思路。本期從介紹地線造成干擾的原理入手,使讀者了解設計地線的關鍵和原則。 1 什么是地線？
地線有安全地和信號地兩種。前者是為了保證人身安全、設備安全而設置的地線,后者是為了保證電路正確工作所設置的地線。造成電路干擾現象的主要是信號地,因此這里僅討論信號地的問題。
信號地的一般定義是：電路的電位參考點。
更恰當地說,這個定義是我們設計電路時的一個假設。從這個定義是無法分析和理解一些地線干擾問題的。從現在開始,我們在分析電磁兼容問題時,使用下面的定義。
地線是信號
電流流回信號源的地阻抗路徑。
既然地線是電流的一個路徑,那么根據歐姆定律,地線上是有電壓的;既然地線上有電壓,說明地線不是一個等電位體。這樣,我們在設計電路時,關于地線電位一定的假設就不再成立,因此電路會出現各種錯誤。這就是地線干擾的實質。
2 地線的阻抗有多大？
一個難以理解的問題是,我們在設計地線時,都使地線的電阻很小,那么地線上的電位差怎么會大到導致電路出錯的程度。理解這個問題,要理解地線阻抗的組成。
地線的阻抗Z由電阻部分和感抗部分兩部分組成,即：Z =RAC+ jωL。
電阻成分：導體的電阻分為直流電阻RDC和交流電阻RAC。對于交流電流,由于趨膚效應,電流集中在導體的表面,導致實際電流截面減小,電阻增加,直流電阻和交流電阻的關系如下：
RAC= 0.076rf1/2RDC
式中：r=導線的半徑,單位cm,f=流過導線的電流頻率,單位Hz, RDC= 導線的直流電阻,單位Ω。
電感成分：任何導體都有內電感（這區(qū)別于通常講的外電感,外電感是導體所包圍的面積的函數）,內電感與導體所包圍的面積無關。對于圓截面導體如下：
L=0.2S[ln(4.5/d) -1] （μH）
式中S=導體長度(m),d=導體直徑(m)
表1說明了直流電阻與交流阻抗的巨大差異。頻率很低時的阻抗可以認為是導體的電阻,從表中可以看出,隨著頻率升高,阻抗增加很快,當頻率達到100MHz以上時,直徑6.5mm長度僅為10cm的導線也有數十歐姆的阻抗。
頻率 d=0.65cm d=0.27cm d=0.06cm d=0.04cm 10cm 1m 10cm 1m 10cm 1m 10cm 1m 10Hz 51.4μΩ 517μΩ 327μΩ 3.28mΩ 5.29mΩ 52.9mΩ 13.3mΩ 133mΩ 1kHz 429μΩ 7.14mΩ 632μΩ 8.91mΩ 5.34mΩ 53.9mΩ 14mΩ 144mΩ 100kHz 42.6mΩ 712mΩ 54mΩ 828mΩ 71.6mΩ 1.0Ω 90.3mΩ 1.07Ω 1MHz 426mΩ 7.12Ω 540mΩ 8.28Ω 714mΩ 10Ω 783mΩ 10.6Ω 5MHz 2.13Ω 35.5Ω 2.7Ω 41.3Ω 3.57Ω 50Ω 3.86Ω 53Ω 10MHz 4.26Ω 71.2Ω 5.4Ω 82.8Ω 7.14Ω 100Ω 7.7Ω 106Ω 50MHz 21.3Ω 356Ω 27Ω 414Ω 35.7Ω 500Ω 38.5Ω 530Ω 100MHz 42.6Ω 54Ω 71.4Ω 77Ω 150MHz 63.9Ω 81Ω 107Ω 115Ω
表1 不同直徑、長度的導線的阻抗
