地线设计是电磁兼容设计中大家都很注意,却又不知道应该怎样去做的一个问题。了解了地线造成干扰问题的机理之后,在设计和实施地线时就有了一个明确的思路。本期从介绍地线造成干扰的原理入手,使读者了解设计地线的关键和原则。1什么是地线？地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线,后者是为了保证电路正确工作所设置的地线。造成电路干扰现象的主要是信号地,因此这里仅讨论信号地的问题。信号地的
地线设计是电磁兼容设计中大家都很注意,却又不知道应该怎样去做的一个问题。了解了地线造成干扰问题的机理之后,在设计和实施地线时就有了一个明确的思路。本期从介绍地线造成干扰的原理入手,使读者了解设计地线的关键和原则。 1 什么是地线？
地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线,后者是为了保证电路正确工作所设置的地线。造成电路干扰现象的主要是信号地,因此这里仅讨论信号地的问题。
信号地的一般定义是：电路的电位参考点。
更恰当地说,这个定义是我们设计电路时的一个假设。从这个定义是无法分析和理解一些地线干扰问题的。从现在开始,我们在分析电磁兼容问题时,使用下面的定义。
地线是信号
电流流回信号源的地阻抗路径。
既然地线是电流的一个路径,那么根据欧姆定律,地线上是有电压的;既然地线上有电压,说明地线不是一个等电位体。这样,我们在设计电路时,关于地线电位一定的假设就不再成立,因此电路会出现各种错误。这就是地线干扰的实质。
2 地线的阻抗有多大？
一个难以理解的问题是,我们在设计地线时,都使地线的电阻很小,那么地线上的电位差怎么会大到导致电路出错的程度。理解这个问题,要理解地线阻抗的组成。
地线的阻抗Z由电阻部分和感抗部分两部分组成,即：Z =RAC+ jωL。
电阻成分：导体的电阻分为直流电阻RDC和交流电阻RAC。对于交流电流,由于趋肤效应,电流集中在导体的表面,导致实际电流截面减小,电阻增加,直流电阻和交流电阻的关系如下：
RAC= 0.076rf1/2RDC
式中：r=导线的半径,单位cm,f=流过导线的电流频率,单位Hz, RDC= 导线的直流电阻,单位Ω。
电感成分：任何导体都有内电感（这区别于通常讲的外电感,外电感是导体所包围的面积的函数）,内电感与导体所包围的面积无关。对于圆截面导体如下：
L=0.2S[ln(4.5/d) -1] （μH）
式中S=导体长度(m),d=导体直径(m)
表1说明了直流电阻与交流阻抗的巨大差异。频率很低时的阻抗可以认为是导体的电阻,从表中可以看出,随着频率升高,阻抗增加很快,当频率达到100MHz以上时,直径6.5mm长度仅为10cm的导线也有数十欧姆的阻抗。
频率 d=0.65cm d=0.27cm d=0.06cm d=0.04cm 10cm 1m 10cm 1m 10cm 1m 10cm 1m 10Hz 51.4μΩ 517μΩ 327μΩ 3.28mΩ 5.29mΩ 52.9mΩ 13.3mΩ 133mΩ 1kHz 429μΩ 7.14mΩ 632μΩ 8.91mΩ 5.34mΩ 53.9mΩ 14mΩ 144mΩ 100kHz 42.6mΩ 712mΩ 54mΩ 828mΩ 71.6mΩ 1.0Ω 90.3mΩ 1.07Ω 1MHz 426mΩ 7.12Ω 540mΩ 8.28Ω 714mΩ 10Ω 783mΩ 10.6Ω 5MHz 2.13Ω 35.5Ω 2.7Ω 41.3Ω 3.57Ω 50Ω 3.86Ω 53Ω 10MHz 4.26Ω 71.2Ω 5.4Ω 82.8Ω 7.14Ω 100Ω 7.7Ω 106Ω 50MHz 21.3Ω 356Ω 27Ω 414Ω 35.7Ω 500Ω 38.5Ω 530Ω 100MHz 42.6Ω 54Ω 71.4Ω 77Ω 150MHz 63.9Ω 81Ω 107Ω 115Ω
表1 不同直径、长度的导线的阻抗
