有关地线干扰与抑制

闽江岸边

1．地线定义
　　
什么是地线？大家在教科书上学地线定义是：地线是作为电路电位基准点等电位体。这个定义是不符合实际情况。实际地线上电位并不是恒定。如果用仪表测量一下地线上各点之间电位，会发现地线上各点电位可能相差很大。正是这些电位差才造成了电路工作异常。电路是一个等电位体定义仅是人们对地线电位期望。
　　
HENRY 给地线了一个更加符合实际定义，他将地线定义为：信号流回源低阻抗路径。这个定义中突出了地线中电流流动。按照这个定义，很容易理解地线中电位差产生原因。因为地线阻抗总不会是零，当一个电流通过有限阻抗时，就会产生电压降。
　　
因此，我们应该将地线上电位想象成象大海中波浪一样，此起彼伏。

2．地线阻抗
　　
谈到地线阻抗引起地线上各点之间电位差能够造成电路误动作，许多人觉得不可思议：我们用欧姆表测量地线电阻时，地线电阻往往在毫欧姆级，电流流过这么小电阻时怎么会产生这么大电压降，导致电路工作异常。
　　
要搞清这个问题，首先要区分开导线电阻与阻抗两个不同概念。电阻指是在直流状态下导线对电流呈现阻抗，而阻抗指是交流状态下导线对电流阻抗，这个阻抗主要是由导线电感引起。任何导线都有电感，当频率较高时，导线阻抗远大于直流电阻，表1 给出数据说明了这个问题。在实际电路中，造成电磁干扰信号往往是脉冲信号，脉冲信号包含丰富高频成分，因此会在地线上产生较大电压。对于数字电路而言，电路工作频率是很高，因此地线阻抗对数字电路影响是十分可观。



频率

Hz

D = 0.65

10cm 1m

D = 0.27

10cm 1m

D = 0.065

10cm 1m

D = 0.04

10cm 1m

10

51.4m

517m

327m

3.28m

5.29m

52.9m

13.3m

133m

1k

429m

7.14m

632m

8.91m

5.34m

53.9m

14m

144m

100k

42.6m

712m

54m

828m

71.6m

1.0

90.3m

1.07

1M

426m

7.12

540m

8.28

714m

10

783m

10.6

5M

2.13

35.5

2.7

41.3

3.57

50

3.86

53

10M

4.26

71.2

5.4

82.8

7.14

100

7.7

106

50M

21.3

356

27

414

35.7

500

38.5

530

100M

42.6

　

54

　

71.4

　

77

　

150M

63.9

　

81

　

107

　

115

　
表1 导线阻抗（Ω）：

如果将10Hz时阻抗近似认为是直流电阻，可以看出当频率达到10MHz 时，对于1米长导线，它阻抗是直流电阻1000 倍至10万倍。因此对于射频电流，当电流流过地线时，电压降是很大。
　　
从表上还可以看出，增加导线直径对于减小直流电阻是十分有效，但对于减小交流阻抗作用很有限。但在电磁兼容中，人们最关心交流阻抗。为了减小交流阻抗，一个有效办法是多根导线并联。当两根导线并联时，其总电感 L为：

L = ( L1 M ) / 2
式中，L1 是单根导线电感，M是两根导线之间互感。
　　
从式中可以看出，当两根导线相距较远时，它们之间互感很小，总电感相当于单根导线电感一半。因此我们可以通过多条接地线来减小接地阻抗。但要注意是，多根导线之间距离不能过近。