“地”是怎么來的？

作者：王杰： 韜略科技EMC微信公眾號

“地”對不同的工程師代表不同的含義。

一、來源

電子行業(yè)上最先使用“地”這個名詞是在電報(telegraph)時代。在早期美國的西部牛仔片，劫匪在搶了銀行后射斷一條電桿上之電線，讓銀行無法通知隔壁城鎮(zhèn)派出警衛(wèi)隊追捕。這里的電線只有一條，現(xiàn)在的我們知道，電流必須要形成一個完整的環(huán)路，由發(fā)送到接收，然后必須要再回發(fā)送端。但是在當(dāng)時，電線的價格是非常昂貴的。早期的資本家發(fā)現(xiàn)若是發(fā)送的一端與接收的一端都接到大地的話，這樣就只要一條線而且還能很好的運作。如圖，發(fā)送端與接收端都“接地”而形成電報回路。

這種對于信號脈沖在每秒5個脈沖以下時，這是一個絕佳的方式。不管地面的傳導(dǎo)性如何，信號還是可以傳輸。缺點也很明顯，當(dāng)信號速率提升時這種方式完全無法使用，因為當(dāng)頻率提升時地面的阻抗也很快速的增加。此時必須考慮到整個的電流路徑。不能只是直接的傳輸路徑(信號路徑)，同時還包括回返電流路徑(信號回返電流)。

二、安全地

接地的其中一個主要目的是為了安全。如圖中的機(jī)箱，若外殼沒有接地，當(dāng)電源線與外殼之間的絕緣良好時，就算外殼上的感應(yīng)電壓很高，但是人接觸外殼時也不會發(fā)生危險，因為流過人體的電流非常小。最壞的情況是電源線與外殼之間短路，這時全部電流流過人體。除此之外接地還能為雷擊電流提供一條泄放路徑，當(dāng)設(shè)施或設(shè)備中裝有浪涌抑制器時，接地是必要的，否則無法泄放浪涌能量。這時，不僅要接地，而且還要“接好地”，也就是，接地的阻抗還必須很低，對于許多靜電敏感的場合，接地還是泄放電荷的主要手段。

三、地的干擾

在EMC中，地線會引發(fā)干擾問題，所以很多時候分析干擾的時候會用示波器查看地線上的噪聲，更多的時候我們發(fā)現(xiàn)地線上有干擾噪聲，但是不知道怎么來的，也不知道如何解決。

其中的一個原因是因為電流流過一個電阻時，就要在電阻上產(chǎn)生電壓。我們用作地線的導(dǎo)體都是有一定阻抗的。因此地線電流流過地線時，就會在地線上產(chǎn)生電壓。我們在設(shè)計電路時，往往將地線作為所有電路的公共地線，因此地線上的電流成分很多，電壓也很雜亂，這就是地線噪聲電壓。如下圖，電路1到電路3都接地，但是接地的點電路1阻抗與電路3差異非常大。

解決辦法：設(shè)計之初盡量減小地線的阻抗，地線盡量減少寄生電感。靈活使用接地方式，避免出現(xiàn)兩端地不平衡。

四、總結(jié)

在實際應(yīng)用中，或多或少都會遇到各種的EMC困擾。對于這些困擾有部分就是因為地線干擾造成。這個時候我們可以用示波器觀察到地線上的噪聲來確認(rèn)，對于這種情況就需要通過改善接地的阻抗，還可以合理運用一些共模電感，因為地線電壓實際上也是一種共模電壓，其實只要找到導(dǎo)致地干擾的原因，再針對性的去做措施，地線上就不會有影響其它問題的干擾。

審核編輯 黃宇