4.2 接地對共模電流方向與大小的影響

4.2.1 什么是接地與浮地

接地的定義很多，從接地的目的看，一般可以分為保護性接地和功能性接地兩種。

1.保護性接地

（1）防電擊安全接地。防電擊接地屬于安全（Safety）范疇，它是為了防止電氣設備絕緣損壞或產生漏電流時，使平時不帶電的外露導電部分帶電而導致電擊，將設備的外露導電部分接地，稱為防電擊接地。這種接地還可以限制線路涌流或低壓線路及設備由于高壓竄入而引起的高電壓；當產生電器故障時，有利于過電流保護裝置動作而切斷電源。這種接地，也是狹義的“保護接地”，有時叫“PGND”。

（2）防雷接地。將雷電或浪涌導入大地，防止大電流使人身受到電擊或財產受到破壞。

（3）防靜電接地。將靜電荷引入大地，防止由于靜電積聚對人體和設備造成危害。特別是目前電子設備中集成電路用得很多，而集成電路容易受到靜電作用產生故障，接地后可防止集成電路的損壞。注意：此防靜電接地并非EMC意義上的防ESD接地，ESD現象是一個瞬態過程，而防靜電接地是為了防止電荷的積累避免發生ESD現象。

（4）防電蝕接地。地下埋設金屬體作為犧牲陽極或陰極，防止電纜、金屬管道等受到電蝕。

（5）EMC接地。為防止、屏蔽、抑制外來電磁干擾對電子設備的影響，避免干擾電流流過電路板或產品內部的EMI電流流過產品中的等效發射天線，通過接地手段引導這些電流的流向，最終通過EMC測試。

2.功能性接地

（1）功率接地。為了保證電力系統運行，防止系統振蕩，保證繼電保護的可靠性，在交直流電力系統的適當地方進行接地，交流一般為中性點，在電子設備系統中，則稱除電子設備系統以外的交直流接地為功率地。

（2）邏輯接地。為了確保穩定的參考電位，將電子設備中所有或局部電路的參考點作為“邏輯地”或“0V”地，規定這一點的電壓為0V，電路中其他各點的電壓高低都是以這一參考點為基準的，電路圖中所標出的各點電壓數據都是相對于地線的大小。一般采用金屬平板或PCB中的平面作為邏輯地。本書中將數字電路的邏輯接地稱為“工作地”或“GND”；將其他模擬信號系統的邏輯地稱為“模擬工作地”或“AGND”。

從接地的定義上看，EMC范疇內的接地屬于功能性接地，EMC范疇內的良好接地，不僅僅是在原理上將產品中的某一點與大地（或EMC測試中的參考接地板）相連，真正意義上的EMC接地，包含了一個頻率的概念，所謂良好的EMC接地就是避免干擾電流流過電路板或產品內部的EMI電流流過產品中的等效發射天線，通過接地手段引導這些電流的流向，最終通過EMC測試。

浮地就是在產品中沒有專門的地線在電氣上與大地（EMC測試中這個大地就是參考接地板）相連接。如果產品中所有的電路都沒有專門的地線在電氣上與大地相連接，那么這個產品是浮地產品；如果產品中的局部電路（如被變壓器、光耦等隔離器件隔離的電路）沒有專用的地線在電氣上與大地或被接地的電路相連接，那么這部分電路是浮地電路。

4.2.2 接地改變共模電流方向和大小的機理

對于浮地設備來說，共模電流的路徑通常由產品中各個部分（電纜、各部分電路）對地的寄生電容，及各個部分電路部分之間的寄生電容決定。

對于接地產品來說（包括工作地直接接地和通過Y電容接地），接地點對共模電流的路徑起著重要作用。電流總是循環流動的，不管是電路中的有用信號，還是干擾信號，信號是以電子流的形式實現傳遞的，而電子流也總是循環流動的，電子流傳動到負載之后，最后肯定要返回至信號的參考端。對于以共模形式注入干擾的EMC抗擾度測試（典型的是EFT/B抗擾度測試），這個參考端就是參考接地板，即干擾電流總是從參考接地板返回。當產品中的接地點與參考接地板等電位相連后，產品中的接地點也就成了共模干擾電流返回的主要途徑。對于正電壓的共模干擾，產品中的接地點就是產品中電勢最低、對地（參考接地板）阻抗最低的地方，電流總是流向電勢較低的點，因此它決定著共模電流的流向。對于負電壓的共模干擾，產品中的接地點就是產品中電勢最高、對地（參考接地板）阻抗還是最低的地方，接地點作為共模干擾電流的出發點，流向電勢較低的點。由此可見，產品中的接地點決定著共模干擾電流的流向。如圖4-31和圖4-32所示，兩個不同接地點的選擇會對共模電流的流經路徑產生重大的影響，圖4-31中，當該產品的接地點靠近信號電纜入口布置時，注入信號電纜的共模干擾電流一進入信號電纜接口就會流入參考接地板（大地），而圖4-32中，當該產品的接地點遠離信號電纜入口，并在信號電纜接口的另一側布置時，注入信號電纜的共模干擾電流將經過整個PCB中的電路，再由信號電纜接口的另一側流入參考接地板（大地），這樣PCB中的電路都會受到共模干擾電流的影響。

除此之外，參考《EMC設計與測試案例分析》第3版的案例2：接地方式如此重要，可以得知：

（1）當PCB的“0V”工作地與機殼直接或通過電容互連時，還應考慮互連阻抗，額外的接地阻抗會讓共模電流延續。

（2）PCB板的“0V”工作地與金屬殼體（包括連接器金屬殼）應等電位互連，長寬比小于5的金屬體為等電位搭接體。

（3）PCB板的“0V”工作地與金屬殼體之間的接地互連導體在電纜接口處與機殼之間形成的回路面積應趨近于零，以避免環路引起的感性耦合而導致共模電流延續。