接地电磁兼容设计浅析（二）
2023-02-20 10:20阅读：
（二）产品接地技术要求
（1）接地平面要求
良好的参考接地平面是电路或设备运行可靠和免除干扰的基本条件理想的接地平面应在系统的任何地方都能为设备提供公共的参考电位点接地平面应采用低阻抗材料制成(例如铜或钢板,在PCB中为铜平面层),且有足够的长度宽度和厚度,以保证在所有频率上它的对边之间都是低阻抗接地平面应比设备或电路的最大尺寸大,对于大功率或大型设备,与接地平面应有足够数量的连接点
车体托架或支撑结构体为设备的外部接地参考平面对于电路,接地平面为PCB中设置的铜平面层,如果允许,应使用完整的地平面层机车内的用于设备/系统的参考平面的结构件在电气上应多点连接在一起,避免单独悬浮的金属部件
（2）接地连接要求
接地连接是实现接地而采用的连接线和其他必要的材料或部件,例如接地端子紧固件等接地应实现最低阻抗的连接,因此接地线短而粗(或宽),并以最直接最牢靠的方式将被接地设备或部件连接到接地平面例如下图所示的接地连接2是首选方式,1是次优选择
接地连接应有一定的可靠程度,避免在外界影响下出现影响接地质量的情况设备或部件的接地连接应以结构件直接搭接方式为首选,其次可选用附加接地线的方式电路的接地则以过孔或短而宽的接地线直接连接到PCB的敷铜地平面层
（3）单板接地要求
电路的接地平面或参考地应对电路系统的所有工作频率呈低阻抗特性在单板上应尽可能使用完整的足够大的接地平面,尽量避免分割的不规整的接地平面层电路单元应就近直接用过孔方式连接到接地平面层(GND),避免采用较长较细的印制线或导线接地方式
电路的接地应避免不同电路之间形成地环路,通过适当的电路布局实现最短最近的接地如因需要分割的不同类型接地,例如模拟地数字地等,应单点就近连接到单板工作地(GND)单板上分割的机壳地或底板地(PGND)可不与单板工作地(GND)直接连接,高压隔离电容或阻容组合方式是可选的连接方式
单板上的信号接口地(I/O地)应通过高压隔离电容或阻容组合方式单点或多点连接到外壳地或底板地(PGND)信号地(GND)与外壳地(PGND)隔离,MVB的接口地采用阻容方式连接到外壳地(PGND),以太网接口地以高压电容与外壳地(PGND)连接
在PCB上,1000V以上级别的雷击浪涌保护器件须单独设立保护地保护器件应尽可能靠近插座或PCB边缘,保护地线应尽可能粗短且均匀
一般地,保护地除了与保护器件相连以外不能与其它元器件和其它地线相连,保护地与其它焊盘走线应隔离足够距离(2mm以上)如果保护地线要经过母板(例如从背板取电的电源的保护地),保护地线应独立引出单板,并接到后背板的保护地层上
（4）屏蔽体接地要求
在保证屏蔽完整性的前提下,屏蔽体的接地与否对屏蔽效能没有直接作用,屏蔽体的接地仅可能对安全或消除静电有用但在屏蔽体不完整的情况下,屏蔽体应接地一般屏蔽体内的设备或装置或部件不应以屏蔽体为回流,仅以单点与屏蔽体相连通常,电缆屏蔽层的接地应首选两端接地方式,如果确定信号可能受地环路影响,可采取单点接地方式如果电缆双端接地效果对抑制干扰不明显,可多点接地,接地间距为0.15波长(系统或产品的最高工作信号频率对应的波长)
PCB板上使用的局部屏蔽体的接地首选直接连接到单板的PCB工作地(GND),也可单点连接到系统机箱壳体(PGND),但采取此方式应注意连接的长度和位置,避免接地线引入干扰
（三）产品接地设计
（1）单板接地设计
单板的接地包括各个功能电路的接地,其中主要为单板数字地GND设备外壳保护地(PGND)接口隔离地ISOGND模拟地AGND以及射频地
由于保护地是连接大地,泄放干扰能量的,故而任何与保护地连接的设计,都是不允许直接连接的需要通过2MΩ以上电阻和Y电容与被连接地进行单点连接;同时保护地的隔离带宽保持3mm以上
另外针对模拟电路地AGND与数字电路地DGND可能存在以下不同的连接关系:
1)如果单板中数字电路与模拟电路联系复杂,或者AD/DA芯片内部数字地与模拟地是同一个参考点;建议采“分区但不分割地”的方法即:布局和布线时严格区分数字与模拟区域,但地平面并不分割开
数字电路与模拟电路“分区不分割”设计,主要是为了避免信号跨越分隔带而形成大的信号回路数字电路集中布局布线在数字区域,模拟电路集中布局布线在模拟区域只有将数字信号布线在电路板的模拟部分之上,或者将模拟信号布线在电路板的数字部分之上时,才会出现数字信号对模拟信号的干扰出现这种问题并不是因为没有分割地,真正的原因是数字信号的布线不适当,形成了信号间的串扰导致的
2)如果单板中数字电路与模拟电路较为简单电路连接集中,或者AD/DA芯片内部数字地与模拟地完全隔离,建议采“分区且分割地”的方法为了保证两者之间的信号回流通畅,可以在被分割的地之间进行单点连接,形成两个地之间的连接桥,然后通过该连接桥布线这样,在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流回流路径,从而使形成的环路面积很小
（2）电源接地设计
系统电源的接地应就近低阻抗单点接地,可采用接地排或直接连接到柜体或及机车体的电源入口点位置系统电源的接地线应符合相关标准要求,最好采用接地条或接地带,如果采用接地线,截面积不小于6mm2
（3）局部屏蔽体接地设计
单板上的局部屏蔽体通常为金属材料,表层导电,应接地处理,不悬浮单板上局部屏蔽体的接地,应将局部屏蔽体的边沿焊接到PCB的敷铜接地平面层(通常应为GND),尽量避免螺钉连接方式如果有信号走线影响焊接,尽量将信号走线调整到内层;如不能,可考虑留出仅容信号布线穿过的区域
（4）设备外壳接地技术
设备的外壳应至少设计一个专用的附加接地点,且接地点应受到保护,避免影响导电性设备外壳上的接地点的设置应考虑便于安装,且能缩短接地线的长度接地线在安装时,应避免与其他线缆并行布线,如果有交叉,最好相互垂直接地点的设计应避免地线的松动和偏移,且有明显的标识
（5）电缆屏蔽层接地设计
电缆屏蔽层应考虑两端接地的可能,如确定低频可能有地环路干扰,应单端接地对于较长的电缆,如果双端接地或单端接地不能解决问题,应考虑多点接地处理,接地点的间距为0.15λ(系统或产品的最高工作信号频率对应的波长)假设系统最高工作频率为1000MHz,那么波长λ为0.3m,那么接地间距为0.045m电缆的屏蔽层端接首选连接器端接方式,多点接地的应使用接地专用的夹片
（四）总结
本文主要对汽车级产品的接地设计进行了概述首先介绍了产品的接地类型,主要的接地方式及其优缺点,然后说明产品的接地设计的基本要求,最后通过几个接地设计实例,总结产品接地设计基本方法,注意事项及设计原则
