接地技術(shù)介紹

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

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(hù)性措施。在日常生活中我們常見到在各種建筑物上都裝有避雷針，其作用就是把雷電產(chǎn)生的雷擊電流通過避雷針引入大地，從而起到保護(hù)建筑物的作用。

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

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

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

二、接地基礎(chǔ)知識 2.1、地與接地的概念

電路中的〝?shù)亘?，一般定義為電路或系統(tǒng)的零電平參考點(diǎn)。它不一定是實(shí)際的大地，它可以是設(shè)備的外殼或其它金屬板、導(dǎo)線。顧名思義，“接地”就是把某點(diǎn)與電位參考點(diǎn)連接起來，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”一個明晰的定義；在眾多定義中更認(rèn)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(tǒng)與“地”之間建立低阻抗通路。

2.2、接地用途的分類

在地系統(tǒng)中，有時一個接地點(diǎn)既承擔(dān)保護(hù)地，又承擔(dān)防雷地的作用；或既承擔(dān)工作地，又承擔(dān)保護(hù)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(cè)重點(diǎn)還會有所差異。

在此我們只針對電磁兼容方面，來談?wù)劷拥氐挠猛痉诸?。根?jù)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(zhǔn)電位穩(wěn)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、磁場、電磁場向外輻射，或外部電場、磁場、電磁場在內(nèi)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或電源線到地的旁路電容，當(dāng)濾波器不接地時，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(nèi)部噪聲和外部干擾的抑制需要或系統(tǒng)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，必須有一個公共電位參考點(diǎn)，這個公共電位參考點(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(dá)負(fù)載端，經(jīng)參考平面返回到源端，構(gòu)成信號電流環(huán)路，而參考平面通常會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的結(jié)構(gòu)體以避免干擾回路。電子通信產(chǎn)品進(jìn)行搭接設(shè)計的主要目的有：降低結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)件上積累靜電電荷而造成危害。保護(hù)人身安全和設(shè)備安全。防止雷電放電的危害，也防止電源偶然接地時發(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(wěn)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、金屬表面的涂敷層、搭接結(jié)構(gòu)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(dǎo)體的阻抗與流過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(dāng)兩塊金屬相互重疊的面積一定時，實(shí)際的基礎(chǔ)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(dǎo)電接觸。 ? 金屬的硬度也會影響搭接電阻。在搭接壓力一定的情況下，較軟的金屬由于會產(chǎn)生更大 的塑性形變，因此會形成更大的接觸面積，對應(yīng)的接觸電阻也就更低。當(dāng)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(yàn)表明：金屬表面鍍錫能夠提供很低的阻抗，這是因?yàn)殄a不僅導(dǎo)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(nèi)不會脫開，非永久性搭接是指搭接部位由于檢修、維護(hù)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螺絲釘、螺母、鉚接、壓接、或者其它方式實(shí)現(xiàn)。

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(xù)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、壓接來實(shí)現(xiàn)。很多場合不適合使用永久性搭接的方式，這時采用螺釘連接是最好的選擇，不僅能夠滿足拆卸的需要，而且能夠提供較低的搭接阻抗。螺釘?shù)闹饕δ苁菫榇罱用嫣峁┳銐虻膲毫?，一般要大?150kPa-200kPa 的壓力，螺釘壓緊的搭接面中，螺釘?shù)闹饕δ苁菈壕o搭接面，電流主要流過搭接面，因此對螺釘 的導(dǎo)電性沒有要求。

鉚接并不是理想的搭接手段，它既沒有焊接的良好電氣性能和抗腐蝕性，也沒有螺釘緊固的靈活性，唯一的好處是適合于裝配。電流流過鉚接的搭接面時，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?shù)目讖揭线m，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(shè)計： 3.2.1、搭接設(shè)計的基本原則： 搭接設(shè)計的基本原則是：保證結(jié)構(gòu)件自身、結(jié)構(gòu)與地系統(tǒng)之間良好的電連續(xù)性，并提供足夠低的阻抗（從直流電阻到高頻阻抗），實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件的等電位連接。結(jié)構(gòu)件的這種等電位連接對系統(tǒng)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(shè)計初期，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員就應(yīng)該重視搭接設(shè)計，保證這種等電位連接。 3.2.2、搭接設(shè)計的要求：

保證搭接面具有良好的導(dǎo)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(shè)計中需要注意搭接電阻（即直流搭接電阻）的應(yīng)用價值，因?yàn)榇罱与娮璨⒉荒苤苯臃从炒罱狱c(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衡量系統(tǒng)接地的性能，因?yàn)樵趯?shí)際的地系統(tǒng)中地線的感抗在高頻電路中誘發(fā)的干擾將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于搭接電阻造成的危害，沒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，難的是長期保持搭接點(diǎn)的低阻抗?fàn)顟B(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(dǎo)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(hù)，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(hù)漆將搭接點(diǎn)保護(hù)起來，也可以使用能與搭接金屬兼容的第三種金屬來減小電解腐蝕。

原文來自：風(fēng)陵渡口話EMC

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審核編輯 黃宇