接地技術(shù)介紹

原文來(lái)自：風(fēng)陵渡口話(huà)EMC 一、接地技術(shù)發(fā)展史 1.1、第一階段：用于雷擊保護

接地技術(shù)的引入最初是為了防止電力或建筑物等遭雷擊而采取的保護性措施。在日常生活中我們常見(jiàn)到在各種建筑物上都裝有避雷針，其作用就是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過(guò)避雷針引入大地，從而起到保護建筑物的作用。

1.2、第二階段：人身安全保護 通過(guò)實(shí)踐人們認識到，接地也是保護人身安全的一種有效手段，當某種原因引起相線(xiàn)（如電線(xiàn)絕緣不良，線(xiàn)路老化等）和設備外殼碰觸時(shí)，設備的外殼就會(huì )有危險電壓產(chǎn)生。由于我們在電流回路中采取了合理的保護措施，產(chǎn)生的故障電流使得電源熔絲或空氣開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，以防止設備外殼繼續有危險電壓產(chǎn)生，從而起到了保護人身安全的作用。

1.3、第三階段：作為基準電位參考 隨著(zhù)電子通信的發(fā)展，在接地系統中只考慮防雷和安全已遠遠不能滿(mǎn)足要求了。在通信局中大量通信設備之間信號的互連要求各設備都要有一個(gè)基準“地”作為信號參考地。由于電子通信設備的復雜化，信號頻率越來(lái)越高，在電信系統及通信局站的接地設計中，信號之間的互擾、電磁兼容問(wèn)題必須給予特別關(guān)注。

1.4、第三階段：作為回流路徑 隨著(zhù)信號工作頻率越來(lái)越高，信號翻轉速度越來(lái)越快，設備的信號回流也被列入“地”概念中。特別是現在電子產(chǎn)品體積越來(lái)越小，信號類(lèi)型越來(lái)越多，模塊電路接地設計直接決定信號之間的互擾、電磁兼容問(wèn)題。

二、接地基礎知識 2.1、地與接地的概念

電路中的〝地〞，一般定義為電路或系統的零電平參考點(diǎn)。它不一定是實(shí)際的大地，它可以是設備的外殼或其它金屬板、導線(xiàn)。顧名思義，“接地”就是把某點(diǎn)與電位參考點(diǎn)連接起來(lái)，使該點(diǎn)的電位為 0，也就是使該點(diǎn)與地之間的電壓為 0。

目前人們都試圖給“接地”一個(gè)明晰的定義；在眾多定義中更認可亨利·奧特的定義：“接地是電流返回其源的低阻抗通道”，電路或系統與“地”之間建立低阻抗通路。

2.2、接地用途的分類(lèi)

在地系統中，有時(shí)一個(gè)接地點(diǎn)既承擔保護地，又承擔防雷地的作用；或既承擔工作地，又承擔保護地的作用。而不同功能的地連接，針對電氣對象不同，其處理方式和側重點(diǎn)還會(huì )有所差異。

在此我們只針對電磁兼容方面，來(lái)談?wù)劷拥氐挠猛痉诸?lèi)。根據電磁兼容接地目的不同，可以大致分為：屏蔽接地、濾波接地、基準電位穩定、信號回流路徑。

屏蔽接地：

為了防止電路工作產(chǎn)生的電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)向外輻射，或外部電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電磁場(chǎng)在內部電路環(huán)路產(chǎn)生干擾，必須進(jìn)行必要的隔離和屏蔽，這些隔離和屏蔽的金屬必須接地。

濾波接地：

濾波器中一般都包含信號線(xiàn)或電源線(xiàn)到地的旁路電容，當濾波器不接地時(shí)，這些電容就處于懸浮狀態(tài)，起不到旁路作用。

噪聲和干擾抑制：

對內部噪聲和外部干擾的抑制需要或系統上的許多點(diǎn)與地相連，從而為干擾信號提供“最低阻抗”通道。

電路參考：

電路之間信號要正確傳輸，必須有一個(gè)公共電位參考點(diǎn)，這個(gè)公共電位參考點(diǎn)就是地，因此所有互相連接的電路必須接地

信號回流：

信號電流總是從源端流出，到達負載端，經(jīng)參考平面返回到源端，構成信號電流環(huán)路，而參考平面通常會(huì )選擇低阻抗的地平面。

三、金屬搭接介紹

3.1、什么是搭接

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金屬搭接是在兩金屬之間建立低阻抗通路，目的是為電流提供一均稱(chēng)的結構體以避免干擾回路。電子通信產(chǎn)品進(jìn)行搭接設計的主要目的有：降低結構件上面的高頻電位，防止產(chǎn)生地電流噪聲，地環(huán)路耦合。防靜電，防止結構件上積累靜電電荷而造成危害。保護人身安全和設備安全。防止雷電放電的危害，也防止電源偶然接地時(shí)發(fā)生電擊危險。提供故障電流的回流通路，提供信號電流單一、穩定的通路。

3.1.1、影響金屬搭接阻抗的因素： 金屬與金屬搭接的阻抗與金屬的種類(lèi)、金屬表面的涂敷層、搭接結構等因素有關(guān)。如何減小金屬搭接阻抗，可以從以下方面進(jìn)行： ? 導體的阻抗與流過(guò)電流的截面積密接相關(guān)，截面積越大，電阻越小，要減小兩塊金屬之 間的接觸電阻，就要盡量增加它們的接觸面積。當兩塊金屬相互重疊的面積一定時(shí)，實(shí)際的基礎面積與金屬表面的平整性有關(guān)，金屬表面越平整，實(shí)際的接觸面積越大，接觸電阻越低。 ? 金屬之間的接觸電阻還與金屬的表面氧化層有關(guān)。任何金屬的表面都會(huì )形成氧化膜，不同的金屬材料，氧化的程度不同，鐵、鋁、銅等較活躍的金屬更容易形成氧化膜。如果 氧化膜比相互接觸的金屬軟得多，就很容易被刺穿，而形成金屬接觸。但是，如果氧化膜較硬，就很難形成有效的導電接觸。 ? 金屬的硬度也會(huì )影響搭接電阻。在搭接壓力一定的情況下，較軟的金屬由于會(huì )產(chǎn)生更大 的塑性形變，因此會(huì )形成更大的接觸面積，對應的接觸電阻也就更低。當然，搭接面的壓力對于搭接電阻也有影響，影響程度與金屬硬度有關(guān)。金屬越硬，壓力影響就越明顯。

實(shí)驗表明：金屬表面鍍錫能夠提供很低的阻抗，這是因為錫不僅導電性很很好，而且較軟。

3.1.2、金屬搭接的主要形式：

金屬搭接可以分為永久性的和非永久性的，永久性的搭接指在產(chǎn)品的壽命周期內不會(huì )脫開(kāi)，非永久性搭接是指搭接部位由于檢修、維護等原因需要分離，然后再重新搭接的情況，非永久性搭接可以通過(guò)螺絲釘、螺母、鉚接、壓接、或者其它方式實(shí)現。

永久性搭接的主要形式有熔焊、釬焊兩種。熔焊是永久性搭接的理想方式、熔焊的高溫可以蒸發(fā)掉氧化層等絕緣物質(zhì)，形成連續的金屬接觸。熔焊形成的搭接具有良好的抗腐蝕性。

釬焊是另外一種較好的永久性搭接方式。釬焊是采用比母材熔化溫度低的釬料，使其熔化將母材連接起來(lái)的焊接技術(shù)，釬焊分為硬釬焊與軟釬焊。

非永久性搭接通常采用螺釘、鉚接、壓接來(lái)實(shí)現。很多場(chǎng)合不適合使用永久性搭接的方式，這時(shí)采用螺釘連接是最好的選擇，不僅能夠滿(mǎn)足拆卸的需要，而且能夠提供較低的搭接阻抗。螺釘的主要功能是為搭接面提供足夠的壓力，一般要大于 150kPa-200kPa 的壓力，螺釘壓緊的搭接面中，螺釘的主要功能是壓緊搭接面，電流主要流過(guò)搭接面，因此對螺釘 的導電性沒(méi)有要求。

鉚接并不是理想的搭接手段，它既沒(méi)有焊接的良好電氣性能和抗腐蝕性，也沒(méi)有螺釘緊固的靈活性，唯一的好處是適合于裝配。電流流過(guò)鉚接的搭接面時(shí)，鉚釘與搭接體之間的縫隙對于搭接阻抗的影響很大。因此，安裝鉚釘的孔徑要合適，使鉚釘與搭接體之間具有緊密的接觸，并且要避免一切絕緣物質(zhì)。

3.2、搭接設計： 3.2.1、搭接設計的基本原則： 搭接設計的基本原則是：保證結構件自身、結構與地系統之間良好的電連續性，并提供足夠低的阻抗（從直流電阻到高頻阻抗），實(shí)現結構件的等電位連接。結構件的這種等電位連接對系統安全性和電磁兼容性，甚至產(chǎn)品的正常工作均有十分重要的影響。在產(chǎn)品設計初期，結構設計人員就應該重視搭接設計，保證這種等電位連接。 3.2.2、搭接設計的要求：

保證搭接面具有良好的導電性，保證搭接面的清洗干凈，保證搭接面可靠接觸，保證搭接面有足夠的緊固力，保證有足夠的接觸面積。防止搭接點(diǎn)產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。

在產(chǎn)品設計中需要注意搭接電阻（即直流搭接電阻）的應用價(jià)值，因為搭接電阻并不能直接反映搭接點(diǎn)的性能，而是搭接點(diǎn)的直流電阻和高頻阻抗的綜合性能決定搭接的性能。

由于高頻阻抗測試存在困難，目前暫時(shí)只能提出直流搭接電阻的要求。另外，實(shí)際上也不能僅用搭接阻抗來(lái)衡量系統接地的性能，因為在實(shí)際的地系統中地線(xiàn)的感抗在高頻電路中誘發(fā)的干擾將遠遠大于搭接電阻造成的危害，沒(méi)有必要讓搭接阻抗比連接體本身的固有阻抗還小得多。

3.3、搭接的可靠性：

形成低阻抗的連接并不是難事，難的是長(cháng)期保持搭接點(diǎn)的低阻抗狀態(tài)。影響金屬搭接點(diǎn)阻抗的主要因素是腐蝕。腐蝕就是金屬材料與環(huán)境之間相互作用，導致金屬性質(zhì)發(fā)生變化，其包括鹽霧和工業(yè)污染物的環(huán)境腐蝕性尤為重要，暴露在這些環(huán)境中的搭接必須考慮進(jìn)行保護，防止搭接阻抗變大。

金屬在純凈狀態(tài)下的電位序列，揭示了金屬腐蝕的難易程度，處于序列中較高的位置金屬更容易腐蝕。為了緩解腐蝕，可以使用保護漆將搭接點(diǎn)保護起來(lái)，也可以使用能與搭接金屬兼容的第三種金屬來(lái)減小電解腐蝕。

原文來(lái)自：風(fēng)陵渡口話(huà)EMC

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審核編輯 黃宇