4.2 接地对共模电流方向与大小的影响

4.2.1 什么是接地与浮地

接地的定义很多，从接地的目的看，一般可以分为保护性接地和功能性接地两种。

1.保护性接地

（1）防电击安全接地。防电击接地属于安全（Safety）范畴，它是为了防止电气设备绝缘损坏或产生漏电流时，使平时不带电的外露导电部分带电而导致电击，将设备的外露导电部分接地，称为防电击接地。这种接地还可以限制线路涌流或低压线路及设备由于高压窜入而引起的高电压；当产生电器故障时，有利于过电流保护装置动作而切断电源。这种接地，也是狭义的“保护接地”，有时叫“PGND”。

（2）防雷接地。将雷电或浪涌导入大地，防止大电流使人身受到电击或财产受到破坏。

（3）防静电接地。将静电荷引入大地，防止由于静电积聚对人体和设备造成危害。特别是目前电子设备中集成电路用得很多，而集成电路容易受到静电作用产生故障，接地后可防止集成电路的损坏。注意：此防静电接地并非EMC意义上的防ESD接地，ESD现象是一个瞬态过程，而防静电接地是为了防止电荷的积累避免发生ESD现象。

（4）防电蚀接地。地下埋设金属体作为牺牲阳极或阴极，防止电缆、金属管道等受到电蚀。

（5）EMC接地。为防止、屏蔽、抑制外来电磁干扰对电子设备的影响，避免干扰电流流过电路板或产品内部的EMI电流流过产品中的等效发射天线，通过接地手段引导这些电流的流向，最终通过EMC测试。

2.功能性接地

（1）功率接地。为了保证电力系统运行，防止系统振荡，保证继电保护的可靠性，在交直流电力系统的适当地方进行接地，交流一般为中性点，在电子设备系统中，则称除电子设备系统以外的交直流接地为功率地。

（2）逻辑接地。为了确保稳定的参考电位，将电子设备中所有或局部电路的参考点作为“逻辑地”或“0V”地，规定这一点的电压为0V，电路中其他各点的电压高低都是以这一参考点为基准的，电路图中所标出的各点电压数据都是相对于地线的大小。一般采用金属平板或PCB中的平面作为逻辑地。本书中将数字电路的逻辑接地称为“工作地”或“GND”；将其他模拟信号系统的逻辑地称为“模拟工作地”或“AGND”。

从接地的定义上看，EMC范畴内的接地属于功能性接地，EMC范畴内的良好接地，不仅仅是在原理上将产品中的某一点与大地（或EMC测试中的参考接地板）相连，真正意义上的EMC接地，包含了一个频率的概念，所谓良好的EMC接地就是避免干扰电流流过电路板或产品内部的EMI电流流过产品中的等效发射天线，通过接地手段引导这些电流的流向，最终通过EMC测试。

浮地就是在产品中没有专门的地线在电气上与大地（EMC测试中这个大地就是参考接地板）相连接。如果产品中所有的电路都没有专门的地线在电气上与大地相连接，那么这个产品是浮地产品；如果产品中的局部电路（如被变压器、光耦等隔离器件隔离的电路）没有专用的地线在电气上与大地或被接地的电路相连接，那么这部分电路是浮地电路。

4.2.2 接地改变共模电流方向和大小的机理

对于浮地设备来说，共模电流的路径通常由产品中各个部分（电缆、各部分电路）对地的寄生电容，及各个部分电路部分之间的寄生电容决定。

对于接地产品来说（包括工作地直接接地和通过Y电容接地），接地点对共模电流的路径起着重要作用。电流总是循环流动的，不管是电路中的有用信号，还是干扰信号，信号是以电子流的形式实现传递的，而电子流也总是循环流动的，电子流传动到负载之后，最后肯定要返回至信号的参考端。对于以共模形式注入干扰的EMC抗扰度测试（典型的是EFT/B抗扰度测试），这个参考端就是参考接地板，即干扰电流总是从参考接地板返回。当产品中的接地点与参考接地板等电位相连后，产品中的接地点也就成了共模干扰电流返回的主要途径。对于正电压的共模干扰，产品中的接地点就是产品中电势最低、对地（参考接地板）阻抗最低的地方，电流总是流向电势较低的点，因此它决定着共模电流的流向。对于负电压的共模干扰，产品中的接地点就是产品中电势最高、对地（参考接地板）阻抗还是最低的地方，接地点作为共模干扰电流的出发点，流向电势较低的点。由此可见，产品中的接地点决定着共模干扰电流的流向。如图4-31和图4-32所示，两个不同接地点的选择会对共模电流的流经路径产生重大的影响，图4-31中，当该产品的接地点靠近信号电缆入口布置时，注入信号电缆的共模干扰电流一进入信号电缆接口就会流入参考接地板（大地），而图4-32中，当该产品的接地点远离信号电缆入口，并在信号电缆接口的另一侧布置时，注入信号电缆的共模干扰电流将经过整个PCB中的电路，再由信号电缆接口的另一侧流入参考接地板（大地），这样PCB中的电路都会受到共模干扰电流的影响。

除此之外，参考《EMC设计与测试案例分析》第3版的案例2：接地方式如此重要，可以得知：

（1）当PCB的“0V”工作地与机壳直接或通过电容互连时，还应考虑互连阻抗，额外的接地阻抗会让共模电流延续。

（2）PCB板的“0V”工作地与金属壳体（包括连接器金属壳）应等电位互连，长宽比小于5的金属体为等电位搭接体。

（3）PCB板的“0V”工作地与金属壳体之间的接地互连导体在电缆接口处与机壳之间形成的回路面积应趋近于零，以避免环路引起的感性耦合而导致共模电流延续。