01 讓工程師失眠的EMC測試

我們最近開發(fā)了一款集大成的智能顯示終端，內(nèi)部包含四個關(guān)鍵板卡：

• 電源板（AC220V輸入，輸出DC12V/24V）；
• 背光驅(qū)動板（AC220V輸入）；
• 主板（集成藍牙/WiFi/HDMI/RJ45/USB等多功能接口）；
• 轉(zhuǎn)接小板

功能測試一帆風(fēng)順，直到走進EMC實驗室...

"王工，低頻段又超標了！"測試工程師小張第3次沖出實驗室，臉色很難看。低頻不過一般都是電源問題，我們試遍了所有常規(guī)手段：換X電容，Y電容，共模電感，加磁環(huán)，屏蔽，各種接地整改，結(jié)果...毫無改善！

02 偶然的轉(zhuǎn)機

轉(zhuǎn)機出現(xiàn)在一個下午快下班的時候。小張餓得頭暈眼花，不知道什么時候是個頭，隨意嘗試了一下——用紙片將其中一個電源板A與其它板卡和地隔離后，測試居然通過了。

"這不科學(xué)！"大伙都覺得奇怪，難道是這兩個電源板之間有什么？開玩笑說性格不合？不過可以確定問題的本質(zhì)是：接地設(shè)計不當。

03 這個問題怎么解釋？

咱們分兩種情況來回顧一下這個接地相關(guān)的基礎(chǔ)知識。

1. 公共阻抗耦合（共地干擾）

想象有兩個電路，它們共用同一根地線。由于地線就是信號的回流線，當一個電路工作時，它的電流流過這段地線，就會在地線上產(chǎn)生一個小電壓降。這個電壓降會影響另一個電路，導(dǎo)致它的地電位“晃動”，就像兩個人共用一根水管，一個人猛開龍頭時，另一個人的水壓會不穩(wěn)。

消除公共阻抗耦合的途徑有兩個：

①減小公共地線部分的阻抗(如縮短公共地線線長)，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗合；

②減小共模電流，如通過去耦電容將一些無用的共模電流旁路到地或通過串聯(lián)高共模阻抗的共模扼流圈抑或通過選擇適當?shù)慕拥胤绞?如并聯(lián)單點或多點接地)避免容易相互干擾的電路共用地線，一般要避免強電電路和弱電電路共用地線，以及數(shù)字電路和模擬電路共用地線。

2. 地環(huán)路干擾（地線回路問題）

地環(huán)路干擾是另一種常見的干擾現(xiàn)象，常常發(fā)生在通過較長電纜連接的相距較遠的設(shè)備或模塊之間。由于地環(huán)路干擾是由地環(huán)路電流導(dǎo)致的，當一個設(shè)備的安全接地線斷開時，干擾現(xiàn)象消失，這是因為地線斷開時，切斷了地環(huán)路。這種現(xiàn)象往往發(fā)生在干擾頻率較低的場合，當干擾頻率高時，與地線是否斷開關(guān)系不大。

地環(huán)路干擾形成的原因有以下兩個：

①兩個設(shè)備的地電位不同，形成地電壓，在這個地電壓的驅(qū)動下，在電路A-互連電纜-電路B-地之間形成的環(huán)路中有電流流動。

②由于電路的不平衡性，每根導(dǎo)線上的電流不同，因此會產(chǎn)生差模電壓，對電路造成差模干擾。地線上的電壓是由于其它功率較大的設(shè)備共用這段地線，而在地線中引起了較強的電流，并且與地線有較大的阻抗有關(guān)。

由于互連設(shè)備處在較強的磁場中,磁場在電路A-互連電纜-電路B-地之間形成的環(huán)路中感應(yīng)出環(huán)路電流。

解決地環(huán)路干擾的基本思路有以下兩個：

①減小地環(huán)路面積。例如改變接地方式，可選擇單點接地。

②增加地環(huán)路的阻抗，從而減小地環(huán)路電流。當阻抗無限大時，實際上是將地環(huán)路切斷即消除了地環(huán)路。例如將一端的設(shè)備浮地或?qū)⒕€路板與機箱斷開等是直接的方法。但出于靜電防護或安全的考慮，這種直接的方法在實踐中往往是不允許的，更實用的是利用隔離變壓器、光耦合、共模扼流圈等方法。

小結(jié)

這次經(jīng)歷讓我們深刻認識到：接地設(shè)計是解決EMC問題最經(jīng)濟有效的方法！在產(chǎn)品設(shè)計初期就必須重視接地方案，否則后期整改成本會呈指數(shù)級增長。

我們遇到的這個案子，按理說應(yīng)該屬于地環(huán)路問題，因為把它的地斷開了就好，但是這兩個電源模塊其實距離也不是很遠，大家有沒有什么看法？