EMC学习笔记（四）地的设计
接地是抑制电磁干扰、提高电子设备EMC性能的重要手段之一。正确的接地既能提高产品抑制电磁干扰的能力，又能减少产品对外的EMI发射。
1.接地的含义
电子设备的“地”通常有两种含义:一种是“大地” (安全地) ，另一种是“系统基准地”(信号地)。接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。“接大地”就是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连接。
把接地平面与大地连接，往往是出于以下考虑:
A，提高设备电路系统工作的稳定性；
B，静电泄放；
C，为操作人员提供安全保障。
在交换、接入网等产品中，一般单板的拉手条都通过拉手条的定位孔与保护地连接，以便静电泻放。 在做PON16的ESD实验。由于DMU的拉手条没有接PGND(本应金属化处理的定位孔被误设计成非金属化孔，致使该板的拉手条并未接到保护地上)。故在机壳(局端或者远端)的后面板进行静电试验(接触放电和空气放电)时，容易引起复位。更改焊盘设计，拉手条接PGND后，复位问题解决，ESD测试通过。
2.接地目的
A，安全考虑，即保护接地:
B，为信号电压提供一个稳定的零电位参考点(信号地或系统地) ;
C，屏蔽接地。
3.基本的接地方式
电子设备中有三种基本的接地 方式: 单点接地、多点接地、浮地。
3.1 单点接地
单点接地是整个系统中，只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都连接到这一点上。
单点接地适用于频率较低的电路中 (1MHZ以下)。若系统的工作频率很高，以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时，单点接地方式就有问题了。当地线的长度接近于1/4波长时,它就象一根终端短路的传输线，地线的电流、电压呈驻波分布，地线变成了辐射天线，而不能起到“地”的作用。为了减少接地阻抗，避免辐射，地线的长度应小于1/20波长。在电源电路的处理上，一般可以考虑单点接地。对于我司大量采用的数字电路，由于其含有丰富的高次谐波，般不建议采用单点接地方式。
3.2 多点接地
多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。
多点接地电路结构简单，接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少，适用于工作频率较高的(>10MHZ)场合。但多点接地可能会导致设备内部形成许多接地环路，从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。在多点接地的情况下，要注意地环路问题，尤其是不同的模块、设备之间组网时。
地线回路导致的电磁干扰:
理想地线应是一个零申位、零阳抗的物理实体。但实际的地线本身既有电阻分量又有电抗分量，当有电流通过该地线时，就要产生电压降。地线会与其他连线(信号、电源线等) 构成回路，当时变电磁场耦合到该回路时，就在地回路中产生感应电动势，并由地回路耦合到负载，构成潜在的EMI威胁。
以下图为例:
由于分布电容的作用，在传输线与地之间存在一回路B一C一D一E一F一A。由于地阻抗的存在，当地电流Ig流过地平面时，会在Zg产生一电压降Vi，即该电路的B、E两点之间出现电压降Vi。此电压Vi对两根信号连线是公共的，从而引起电流I1、I2在两根线中流动。由于I1、I2流过的路径的阻抗不同，故由此阻抗不平衡在负载两端产生差模电压VO，此即为地回路EMI来源之一.外界电磁场与地回路交链，
在回路中产生感应电压Vi，有
该电压对于围绕包括两条连接导线的两个回路面积的共模电流I1和I2起到潜在的电磁干扰源的作用。
3.3 浮地
浮地是指设备地线系统在电气上与大地绝缘的一种接地方式。由于浮地自身的一些弱点，不太适合于我司一般的大系统中，其接地方式很少采用，在此不作详细介绍。
3.4 以上各种方式组成的混合接地方式
4.关于接地方式的一般选取原则
对于给定的设备或系统，在所关心的最高频率 (对应波长为) 入上，当传输线的长度L)入，则视为高频电路，反之，则视为低频电路。根据经验法则，对于低于1MHZ的电路，采用单点接地较好:对于高于10MHZ，则采用多点接地为佳。对于介于两者之间的频率而言，只要最长传输线的长度L小于/20 入，则可采用单点接地以避免公共阻抗耦合。
对于接地的一般选取原则如下:
(1) 低频电路 (<1MHZ) ，建议采用单点接地；
(2) 高频电路 (>10MHZ) ，建议采用多点接地；
(3) 高低频混合电路，混合接地。
4.1 单板接地方式
在电路这一级上专门提出对接地的具体要求是不合适的。对具体单板而言，我们一般根据器件手册，进行必要的分割处理。对于单板不同类型地之间的汇接，建议通过磁珠完成，或者直接在PCB上单点贯通。对于未通过磁珠而直接单点连接的电源，建议在单点汇接处放置一个0.1u(或0.01u)的电容进行滤波处理 (一端接该电源，另一端接对应的地)。
在电源、地的分割方面要注意切断EMI通过参考平面从初级窜到次级的途径，尤其是在滤波器、共模线圈、磁珠等器件的分割处理上。
以下为Pulse公司提供的其隔离变压器的地分割图:
对于上图，我们留意到，在对待该隔离变压器的地分割上:
A，分割的位置:初、次级衔接处:
B，分割线的宽度:不少于100MIL
之所以作以上分割处理，就是为了达到初、次级的隔离，控制源端的干扰通过参考平面耦合到次级。从INTEL公司推荐的以下地分割图中，我们也能发现分割线的位置相当重要。除了达到隔离的作用外，我们还需考虑相邻层布线情况，避免重要信号线跨分割区。
对于我们现在采用的多数IC，供应商一般都提供有详细的PCB设计要求(包括电源、地的分割)，硬件人员应与CAD工程师一道，仔细分析这些要求。在实际情况可能的情况下，尽量按照供应商的要求去做。
