《鐵路信號設備地線干擾抑制方法的研究》全文從電氣電子設備接地重要性與地線干擾形成機理入手，重點介紹電氣電子設備接地點與接地方式選擇、增加地環路阻抗、降低接地阻抗等方 法，來消除公共阻抗耦合、地環路等地線干擾，實現電氣電子設備良好的電磁兼容。最后，針對鐵路現場電磁騷擾源特性與耦合方式，成功地將地線干擾抑制方法應 用于某鐵路信號設備的電磁兼容設計中。
全文第二章為：EMC地線干擾形成的機理
1 引言
電磁兼容是指在有限的空間、有限的時間、有限的頻譜資源條件下，各種電氣電子設備或系統可以共存，并 不致引起不允許的性能降低的共存狀態和能力。或者說，設備在共同的電磁環境中能一起完成各自功能的共存狀態和能力，即該設備不會由于受到處于同一電磁環境 中其他設備的電磁發射而導致不允許的降級；也不會使同一電磁環境中其他設備因受其電磁發射而導致不允許的降級[1]。
隨著電子技術發展,芯片的體積越來越小，電路的工作頻率越來越快，器件的工作電壓越來越低，PCB的密度越來越大，導致電氣電子設備對電磁騷擾越來 越敏感。與此同時，電氣電子設備的數量及種類日益增多，使電磁環境變得越來越惡劣。因此，在這種日益復雜的電磁環境中，如何確保電氣電子設備的抗干擾性 能，減少相互間的電磁騷擾，即電磁兼容設計，已成為電子設備開發中的最重要的工作內容。
在電氣電子設備中，接地是控制干擾的重要方法。正確的接地，既能提高產品抑制電磁干擾的能力，又能減少產品對外的EMI發射；相反，不良的接地乃是 電磁干擾傳播主要途徑，甚至接地本身成為主要干擾源。有關資料顯示，90%的電磁兼容問題是由于印制電路板的布線和接地不當造成的[1]。
本文闡述了接地概念與分類，簡介了地線干擾形成的機理，重點介紹了在PCB設計中，通過適當接地方法，規避地線干擾。
2．接地
接地是指將電路、設備、分系統與參考地連接，目的在于提供一個等電位點或面。接地必須有接地導體和參考地才能完成。參考地可以是大地，也可以是起大地作用的，有足夠面積的導體，譬如船舶或飛機殼體。理想的參考地是一個零電位、零阻抗的物理體。
2.1 接地定義
接地技術最早應用在強電系統（電力系統、輸變電設備、電氣設備）中，為了設備遭雷擊而采取的保護性措施，目的把雷電產生的雷擊電流通過避雷針引入大 地，從而保護建筑物的作用。同時，將接地線與真正的大地（地球）連接，為電氣設備和電力設施提供漏電保護的放電通路，是保護人身的安全一種技術措施。
隨著電子通信和其他數字領域的發展，在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿足要求，接地已成為通信互連設備的基準電位，以及高速信號的回流路徑。
“地線”在物理教科書中定義為“地線就是電路中的電位參考點，它為系統中的所有電路提供一個電位基準”[1]。此定義不符合實際情況，實際地線上的 電位并不是恒定的，如果用儀表測量一下地線上各點之間的電位，會發現地線上各點的電位可能相差很大[2]。實踐經驗證明，正是這些地電位差才造成了電路工 作的異常，或者說，導致電路出現電磁兼容問題。
Henry給地線下了一個更加符合實際的定義，“地線是信號流回源的低阻抗路徑”。這個定義突出了地線中電流的流動，按照這個定義，很容易理解地線 中電位差的產生原因。因為地線的阻抗并不會是零，當一個電流通過該阻抗時，就會產生電壓降。因此，地線上的電位可以想象成如大海中的波浪一樣，此起彼伏， 某印制線路板的電位示意圖[3]，如下圖所示：
圖 1 印制線路板的地電位示意圖
下一頁：接地意義和接地的分類
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2.2 接地意義
電子設備中的“地”通常有兩種含義：一種是“大地”（安全地），一種是“系統基準地”。接地就是指在系統的某個選定點與某個電位基準面之間建立“低阻抗”的導電通路。
“接大地”，就是以地球的電位作為基準，并以大地作為零電位將金屬外殼、線路選定點等通過接地線、接地極組成的接地裝置與大地相接。由于大地的電容非常大，一般認為大地的電動勢為零電位。
“系統基準地”指以某個參考平面為基準，譬如船舶外殼、金屬底座、機殼、粗銅線、PCB板的完整地平面等，并設該基準導體電位為相對零電位，簡稱為系統地。此時所謂接地就是指線路選定點與基準導體間的連接。
系統基準地不一定是大地相連，只是電路中的共同參考點，這點的電壓為0V，電路中其他各點的電壓高低都是以這一參考點為基準。把系統基準地與大地連接，往往是考慮提高電路工作的穩定性、靜電泄放，保障操作人員的安全性，以及電磁兼容的屏蔽要求。
（1）安全接地
安全接地即將金屬機殼接大地。一是可防止機殼上積累電荷，產生靜電放電而危及設備和人身安全；二是當設備的絕緣損壞而使機殼帶電時，促使電源的保護動作而切斷電源，以便保護工作人員的安全。
為了安全起見，電氣設備的機殼、底盤都應接地，如下圖所示。
圖 2 機箱與接地
在上圖（左）中，電源線與機箱之間的絕緣良好（阻抗很大），若機箱上感應電壓很高，盡管機箱沒有接地，但由于高阻抗使流過人體的電流很小，所以觸及機箱時也不會發生危險。
但是如果電源線與機箱之間的絕緣層損壞，使絕緣電阻降低，當人觸及機箱時，則會導致較大的是流流過人體，特別是電源線與機箱之間短路，阻抗為零，這時全部電流流過人體，造成人身傷害。
若機殼實施了接地措施，當發生絕緣崩潰或電力線觸及機殼時，會因接地使電力線上有大量電流流動，而燒掉保險絲或使觸發漏電保護動作，確保人身安全，避免出現電擊的危險，上圖右所示。
（2）防雷接地
當設備遇雷擊時，不論是直接雷擊還是感應雷擊，設備都將受到極大傷害。為防止雷擊而設置避雷針，以防雷擊時危及設備和人身安全。
防雷接地，為雷擊電流提供了一條泄放電荷的路徑，如下圖（左）所示：
圖 3 防雷與防靜電接地
在裝有浪涌抑制器的電子設備或儀器中，接地是很有必要的，否則無法為泄放浪涌能量提供低阻抗的路徑。對于許多靜電敏感的場合，接地還是釋放電荷的主要手段，如上圖（右）所示。上述兩種接地主要為安全考慮，均要直接接在大地上。
（3）工作接地
當該基準電位不與大地連接時，視為相對的零電位。這種相對的零電位會隨著外界電磁場的變化而變化，從而導致電路系統工作的不穩定。
當該基準電位與大地連接時，基準電位視為大地的零電位，而不會隨著外界電磁場的變化而變化，但是不正確的工作接地反而會增加干擾，譬如公共地線干擾、地環路干擾等。
為防止各種電路在工作中產生互相干擾，使之能相互兼容地工作。根據電路的性質，將工作接地分為不同的種類，比如直流地、交流地、數字地、模擬地、信號地、功率地、電源地等。上述不同的接地應當分別設置。本文下一章：EMC地線干擾形成的機理
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