维普资讯 http://www.cqvip.com 综合电子信息技术 。一 一 电子通信设备中的接地问题浅析 汪 洋，安 娜 （中国电子科技集团第５４研究所，河北石家庄０５００８１） 摘 要：电子通信设备中的接地技术，关系着整台设备的干扰特性及其抗干扰性能。根据接地干扰产生的原理，对电子 通信设备的接地抗干扰技术进行了分析，提出了一些有效的抑制干扰的接地方法。这些方法在工程实践中得到了应用，有效 地提高了电子通信设备的抗干扰能力： 关键词：电子通信；接地；电磁干扰 中图分类号：ＴＮ９７３．３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００３—３１１４（２００７）０３—４４—３ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｅａｒｔｈｉｎｇ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ＷＡＮＧ Ｙａｎｇ，ＡＮ Ｎａ （Ｔｈｅ ５４ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ Ｈｅｂｅｉ ０５００８１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｏｆ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ａ ｓｅｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｄｅｐｅｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ｒａｔｉｏｎａｌｉｔｙ ｏｆ ，ｅａｒｔｈｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｅａｒｔｈｉｎｇ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，ｔｈｅ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｓｏｍｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｅａｒｔｈｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｒｅ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ，Ａｌｌ ｔｈｅｓｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｈａｖｅ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｐｒａｃｔｉｃｅ ａｎｄ ｈａｖｅ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｔｈｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ｅａｒｔｈｉｎｇ；ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ０引言 接地，是电子通信设备正常工作的基本技术要 求之一，首先可以提高电子设备、电路系统工作的稳 定性。电子设备中都有一个大面积导体——接地平 面，该导体相对大地一旦呈现一定的电位，该电位就 会在外界干扰场作用下变化，从而导致电路系统工 作不稳定。其次，通过接地，可以释放由静电感应在 机箱和电路上积累的电荷，避免电荷积累形成的高 “地”一般定义为电路或系统的零电位参考点 根据这种定义，电子设备的地线上应该是等电位的， 不会有电压，更不会有电流流动。但实际情况并非 如此，上面的定义只是一种理想状态。我们知道，地 线实际上是信号源的回流路径，地线更加客观的定 义应该是：信号电流流回信号源的低阻抗路径。既 然地线存在阻抗，在地线上不同的点就会有 同的 电位。当接地方式不正确时，就会导致地线电位差 的问题非常突出，从而影响了电路的正常工作。因 此，在实际工作中，应该采取相应措施，尽量保持地 线上的等电位。 压导致设备内部放电而造成干扰，并为设备和操作 人员提供安全保障ｕ Ｊ。另外，接地问题处理的好坏， 还直接关系到整台设备的电磁兼容性能的高低ｌ２ Ｊ。 随着我国对电子产品强制认证工作的逐步开展，电 子设备的这一性能也显得更为重要。 ２抗干扰的接地方法 方法１：降低地线本身的阻抗。任何导体都有 阻抗，地线也不例外。它的阻抗由２部分构成，即电 阻部分和电感部分。在低频电路中，电阻成分起主 Ｉ接地的定义 在对设备进行调试时通常发现，只要稍稍改变 要作用。直流时，地线的电阻为： ＲＤｃ＝ｐＳ／Ａ， （１） 地线的连接方式或者调整接地点，一些异常的干扰 问题就会改善。其实，这种现象与地线的准确定义 有一定联系。 收稿日期：２００６—１０一ｌ１ 式中，ｐ为导体材料的电阻率。与铝、钢等材料相 比，铜的电阻率最低。Ｓ为电流流过导体的长度；Ａ 为地线的横截面积。由此可见，选用材料和地线长 度固定后，只有增加地线的横截面积才能降低地线 电．阳 作者简介：汪洋（１９７９一），男，助理工程师 主要研究方向：卫星通 信系统 ４４ 维普资讯 http://www.cqvip.com 综合电子信息技术 对于交流电流，由于趋肤效应，电流都集中在导 体的表面，致使导体有效的横截面积减小，电阻增 加。这时，交流电阻的阻值为： ＲＡｃ＝０．０７６９＂ ＲＤｃ， （２） 这样当地线电流 流过时在地线上就形 成了电压。另外，由 于地环路的这种结 构，当环路处于较强 的交变电磁场中时， 根据电磁感应定律， 会在这个回路中产生 感应电压。而且磁场 图２信号源与放大器连接 式中，ｒ为导线的半径，厂为流过导线的电流频率。 将式（１）带入式（２）后发现，若想减小阻值，仍需要增 加导线的横截面积。 对于高频电路，电感在阻抗中起主要作用。并 且电感值与地线的截面积关系并不很密切，而主要 与地线长度密切相关。根据公式，圆截面导线的内 电感值可用下式计算： Ｌ：０．２Ｓ［Ｉｎ（４．５／ｄ）一１］。 （３） 强度一定的情况下， 回路面积越大，感应电压越大。这样会对相应电路， 甚至整台设备的电磁兼容性造成一定威胁。减少地 回路的干扰除了可以在电路中采用诸如：共模扼流 圈、光电耦合器等抑制或切断地环路电流的方法外， 低频电路中还可以考虑采用平衡电路的方法 。另 外地环路干扰与接地点的位置及接地点的个数有直 接关系，因此在进行接地设计时，必须进行恰当的接 地点选择。例如图２所示的信号源和放大器连接的 电路。 对于片状导体，即宽厚比至少为１０：１的导线的 电感值为： Ｌ：０．２Ｓ［Ｉｎ（２Ｓ／ ）＋０．５＋０．２Ｓ／ ］， （４） 式中，５为导线长度，ｄ为圆导线的直径， 为片状 导线的宽度。 从式（３）、（４）中可以看出，由于Ｗ＞＞ｄ，同样截 面积的导线，片状导线的电感要小于圆截面的导线； 另外，当截面积一定时，片状导线截面的周长也大于 圆形导线截面的周长，这样，片状导线的表面积更 大，高频时电阻就更小。 由上述分析，应该得出下述结论：第一，在高频 时通过增加导线的截面积并不能显著降低阻抗，而 只能通过尽量缩短导线长度的方法。第二，在工程 上高频电路中应尽量使用铜片作为系统的地线，从 而降低地线本身阻抗。 根据这一思路，在高频电路系统中，接地方法应 图２中，信号源与放大器的接地点分为Ａ和曰， 这２点的电压定为 ＡＢ。尺２、尺３是连接信号源和负 载的导线电阻。当地线中有电流流过时，地线电压 ＡＢ可以形成环路电流，若Ｒ３＜＜（Ｒ１＋尺２＋尺４），则 为： ＵＩＮ＝［Ｒ４／（Ｒ４＋ＲＩ＋Ｒ２）１【Ｒ３／（Ｒ３＋ＲＧ）］Ｕ＾Ｂ。 放大器输入端电压 假设Ｒｌ：５００ Ｑ，Ｒ２＝Ｒ３＝１ Ｑ，Ｒ４：１０ ｋＱ，则 在放大器的输入端产生的噪声电压ＵＩ ＝０．９５ ＵＡ８， 可见地线上的电压几乎全部加进放大器的输入端。 该尽量采用多点接地方式。也即是系统中的每一个 接地点都通过接地线连接到距它最近的接地平面 上，从而缩短接地线的长度。 方法２：尽量消除电路系统中的地环路，减少地 环路的干扰。 按照上面的多点接地方式，虽然能够较好地解 若将电路改为单点接地，即将信号源与地隔离， 相当于在信号源与地线之间加入了很大的阻抗 尺 。此时，放大器输入端的噪声电压为： ＵＩ ＝［Ｒ４／（Ｒ４＋ＲＩ＋Ｒ２）］［Ｒ３／Ｒ（ＲｓＧ＋Ｒ ３＋ＲＧ）］Ｕ＾Ｂ。 由此可见，若为理想状态，则尺 为无穷大，这 样 １ 一０；若ＲｓＧ＝１ ＭＱ，算得ＵＩ ＝９．５ Ｘ １０。 ，决地线阻抗问题，但是这种结构显然形成了许多的 地环路。另外，由于电路元器件与接地平面问存在 分布电容，通过分布电容也可形成接地回路。如图 １所示的２种情况。 输入端的噪声电压比两点接地的情况减 少了１２０ ｄＢ。因此，信号源与地的隔离，即将两点接 地改为一点接地的方法，消除了地环路的结构，可使 负载免受地电位差的影响，从而抑制了地电流的影 响，而且这种方法对低频电路是较为有效的。 方法３：减少地线公共阻抗的干扰。 为了消除地线电位差对电路的干扰，除了减小 Ｊ．． 上～ Ｉ ＴＩ 地线阻抗的方法，还可以通过合理的电路设计和布 线来解决。 （ａ）电阻与地 （ｂ）电感与地 图１接地回路电流 例如在一个多级电路组成的系统中，通常低电 Ｉ）０７年第３３卷第３期 无线电通信技术 ４５ 维普资讯 http://www.cqvip.com 综合电子信息技术 一一 一 …一 一 输入端，并满足一定的相位关系，会形成正反馈，造 成放大器的自激，对整个电路带来更大的影响 ＿口『 平和小信号电路最易受到其他电路的影响。因此在 设计中就要时各级电路的接地位置进行恰当的选 择 见，接地点的正确选择是电路乃至整个没备正常运 如图３所 的１、２、３三级电路，假设其电平关系 行的保证。 为１＜２＜３，也即是１级电路是最敏感的电路，若按 图（ａ）所示，将接地点靠近３端，１级电路的地电位为： （，１ ｒ，３结束语 综合上述分析可见，接地系统的设计和其他电 ＝（，】＋，，＋， ）Ｒ ＋（，Ｉ＋，２）Ｒ２＋，】Ｒ】。 路系统的设计同样非常重要，接地效果的好坏也许 在产品设计之初不能立即体现，但是在产品的生产 与测试过程中会发现，良好的接地可以住花费较少 （ａ）敏感电路远离接地点 （ｂ）敏感电路靠近接地点 的情况下解决较多的干扰问题。上面只是根据地线 图３多级电路系统 的本质介绍了一些干扰问题的解决方法，随荷不断 其他线路不动，若仅仅将接地点选择在靠近１ 实践，相信会总结出更多更好的方法来解决电子通 级电路这端，如图３（ｂ）１级电路的地电位为： 信设备中的接地问题。 Ｕ１ｃ：（，ｌ＋，２＋，３）Ｒ３。 不难发现，在多级电路中，接地点选择在靠近低 参考文献 ［１］ 区健昌．电子设备的电磁兼容性设计［Ｍ］．北京：电子 电平和小信号电路端时，整个电路受地线公共阻抗 工业出版社．２００３：１４９—１５０． 的干扰最小＿４ 。 ［２］ 周喜章，刘情．接地与设备的电磁兼容性探讨［Ｊ］．低压 另外，在有放大器的电路系统中，接地点的位置 电器，２００５（５）：５３—５７． 最好靠近放大器或者单独通过一根地线接地。这是 ［３］ 刘鹏程，邱扬．电磁兼容原理及技术［Ｍ］北京：高等教 因为放大器的工作电流很大，若将这一电流引入整 育出版社，１９９３：９８—１０３． 个电路的地线系统中，将对系统其他电路或元件产 ［４］蔡仁钢、电磁兼容原理、设计和预测技术［Ｍ］．北京：北 生较大的干扰，特别是若将此电流耦合进放大器的 京航空航天大学出版社，１９９７， （上接第４３页） 与理论值稍有出入，但考虑到测试仪器本身的噪底 时要对其予以重视，通常情况下可加大混频环的环 水平，其真实指标可能不止于此。此外表中罗列的 路带宽来减小其对相位噪声的影响。 杂散指标仅仅是测试结果的一部分，是一些理论计 ３实际测试结果 算上杂散较大的频点，但从实测的结果看杂散的抑 制完全达到了要求。 短波综合器实际测试结果如表１所示。 表１短波综合器测试记录 ４结束语 相噪（ｄＢｃ／Ｈｚ） 频率／ＭＨｚ 杂散／ｄＢｃ 本文较为详细地介绍了一种短波综合器的实现 ＠１ ｋＨ ＠１０ ｋＨｚ ＠１［ｘ）ｋＨｚ 过程，通过精心设计使ＤＤＳ与ＰＬＬ之间很好地结 ４７．４ｌ —１２０ —１２５ 一ｌ２５ —９Ｏ ， 合，达到了宽带、小步进、低相噪、低杂散的良好性 ４９．６８ —１２０ —１２６．８ —１２５．４ 一９Ｏ 能。当然设计中还存在着某些不足，特别是预置部 ５７．７９ —１２０ —１２６ —１２５ 一８５．９ 分对整体噪声水平造成的影响还有待今后进一步研 ６０ ２３ —１２０ —１２６．１ —１２４．７ —９Ｏ 究 ６０．２３ｏｏＯ１ —１２０ —１２６ —１２４ 一８５．９ ６６．６６ —１２０ —１２４．９ —１２３．１ —９Ｏ 参考文献 ［Ｉ］ 白居宪．低噪声频率综合器［Ｍ］．西安：西安交通大学 ７０＿８９ —１２０ —１２５．７ —１２２，５ 一９ｏ 出版社．１９９５． 此结果的各指标是通过频谱仪ＡｇｉｌｅｎｔＥ４４４０Ａ ［２］ 郗洪杰．混频环设计关键技术研究［Ｊ］．无线电通信技 测试得到的。通过上述结果发现实测出的相噪指标 术，２００４．２９（２）：５９—６１． ４６ Ｒａｄｉｏ Ｃｏｍｎｍｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＶｌｌＩ．３３ ＮＩ ．３ ２００７
