電子產(chǎn)品接地問題是一個(gè)老生常談的話題，本文單講其中一小部分，主要內(nèi)容是金屬外殼與電路板的接地問題。我們經(jīng)常會(huì)看到一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將PCB板的地(GND)與金屬外殼(EGND)之間通常使用一個(gè)高壓電容C1(1~100nF/2KV)并聯(lián)一個(gè)大電阻R1(1M)連接。那么為什么這么設(shè)計(jì)呢?

圖 1 原理圖示意

圖 2 實(shí)際 PCB

一、電容的作用

從EMS(電磁抗擾度)角度說(shuō)，這個(gè)電容是在假設(shè)PE良好連接大地的前提下，降低可能存在的，以大地電平為參考的高頻干擾型號(hào)對(duì)電路的影響，是為了抑制電路和干擾源之間瞬態(tài)共模壓差的。其實(shí)GND直連PE是最好的，但是，直連可能不可操作或者不安全，例如，220V交流電過(guò)整流橋之后產(chǎn)生的GND是不可以連接PE的，所以就弄個(gè)低頻過(guò)不去，高頻能過(guò)去的路徑。從EMI(電磁干擾)角度說(shuō)，如果有與PE相連的金屬外殼，有這個(gè)高頻路徑，也能夠避免高頻信號(hào)輻射出來(lái)。

電容是通交流阻直流的。假設(shè)機(jī)殼良好連接大地，從電磁抗擾度角度，該電容能夠抑制高頻干擾源和電路之間的動(dòng)態(tài)共模電壓;從EMI角度，電容形成了高頻路徑，電路板內(nèi)部產(chǎn)生的高頻干擾會(huì)經(jīng)電容流入機(jī)殼進(jìn)入大地，避免了高頻干擾形成的天線輻射。另一種情況，假設(shè)機(jī)殼沒有可靠接大地(如沒有地線，接地棒環(huán)境干燥)，則外殼電勢(shì)可能不穩(wěn)定或有靜電，如果電路板直接接外殼，就會(huì)打壞電路板芯片，加入電容，能把低頻高壓、靜電等隔離起來(lái)，保護(hù)電路板。這個(gè)并聯(lián)電容應(yīng)該用Y電容或高壓薄膜電容，容值在1nF~100nF之間。

二、電阻的作用

這個(gè)電阻可以防止ESD(靜電釋放)對(duì)電路板的損壞。假如只用電容連接電路板地和機(jī)殼地，則電路板是一個(gè)浮地系統(tǒng)。做ESD測(cè)試時(shí)，或在復(fù)雜電場(chǎng)環(huán)境中使用，打(進(jìn))入電路板的電荷無(wú)處釋放，會(huì)逐漸累積;累積到一定程度，超過(guò)了電路板和機(jī)殼之間的絕緣最薄弱處所能耐受的電壓，就會(huì)發(fā)生放電——在幾納秒內(nèi)，PCB上產(chǎn)生數(shù)十到數(shù)百A的電流，會(huì)讓電路因電磁脈沖宕機(jī)，或者損壞放電處附近連接的元器件。并聯(lián)該電阻，就可以慢慢釋放掉這個(gè)電荷，消除高壓。根據(jù)IEC61000的ESD測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)10s/次(10s放完2kV高壓電荷)，一般選擇1M~2M的電阻。如果機(jī)殼有高壓靜電，則該大電阻也能有效降低電流，不會(huì)損壞電路芯片。

三、需要注意的問題點(diǎn)

1、如果設(shè)備外殼良好接大地，那PCB應(yīng)該也與外殼良好的單點(diǎn)接地，這個(gè)時(shí)候工頻干擾會(huì)通過(guò)外殼接地消除，對(duì)PCB也不會(huì)產(chǎn)生干擾;

2、如果設(shè)備使用的場(chǎng)合可能存在安全問題時(shí)，那必須將設(shè)備外殼良好接地;

3、為了取得更好效果，建議是設(shè)備外殼盡量良好接地，PCB與外殼單點(diǎn)良好接地;當(dāng)然如果外殼沒有良好接地，那還不如把PCB浮地，即不與外殼連接，因?yàn)镻CB與大地如果是隔離的(所謂浮地)，工頻干擾回路阻抗極大，反而不會(huì)對(duì)PCB產(chǎn)生什么干擾;

4、多個(gè)設(shè)備之間需要互相連接的時(shí)候，盡量是每個(gè)設(shè)備外殼都與大地在單點(diǎn)良好接地，每個(gè)設(shè)備內(nèi)部PCB與各自外殼單點(diǎn)接地;

5、但是如果多個(gè)設(shè)備互相連接時(shí)候，設(shè)備外殼沒有良好接地，那就不如浮地，內(nèi)部PCB不與外殼接地;

6、機(jī)殼地可能并不是可靠的接地，如配電網(wǎng)中不符合安規(guī)，沒有地線;接地棒周圍土壤太干燥，接地螺栓生銹或松動(dòng)。

7、環(huán)境是存在電磁干擾的，工作環(huán)境中有大功率變壓器、大功率電機(jī)、電磁電爐、高壓電網(wǎng)諧波等。

8、PCB內(nèi)部是會(huì)產(chǎn)生高頻噪聲的，如高頻開關(guān)管、二極管、儲(chǔ)能電感、高頻變壓器等。

這些干擾因素都會(huì)導(dǎo)致PCB的信號(hào)地和機(jī)殼的電勢(shì)波動(dòng)(同時(shí)含有高頻低頻成分)，或者二者之間存在靜電，所以對(duì)它們良好可靠的接地處理是必要的，也是產(chǎn)品安規(guī)要求的。

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審核編輯：湯梓紅