“地”是怎么来的？

作者：王杰  

“地”对不同的工程师代表不同的含义。

一、来源

电子行业上最先使用“地”这个名词是在电报(telegraph)时代。在早期美国的西部牛仔片，劫匪在抢了银行后射断一条电杆上之电线，让银行无法通知隔壁城镇派出警卫队追捕。这里的电线只有一条，现在的我们知道，电流必须要形成一个完整的环路，由发送到接收，然后必须要再回发送端。但是在当时，电线的价格是非常昂贵的。早期的资本家发现若是发送的一端与接收的一端都接到大地的话，这样就只要一条线而且还能很好的运作。如图，发送端与接收端都“接地”而形成电报回路。

这种对于信号脉冲在每秒5个脉冲以下时，这是一个绝佳的方式。不管地面的传导性如何，信号还是可以传输。缺点也很明显，当信号速率提升时这种方式完全无法使用，因为当频率提升时地面的阻抗也很快速的增加。此时必须考虑到整个的电流路径。不能只是直接的传输路径(信号路径)，同时还包括回返电流路径(信号回返电流)。

二、安全地

接地的其中一个主要目的是为了安全。如图中的机箱，若外壳没有接地，当电源线与外壳之间的绝缘良好时，就算外壳上的感应电压很高，但是人接触外壳时也不会发生危险，因为流过人体的电流非常小。最坏的情况是电源线与外壳之间短路，这时全部电流流过人体。除此之外接地还能为雷击电流提供一条泄放路径，当设施或设备中装有浪涌抑制器时，接地是必要的，否则无法泄放浪涌能量。这时，不仅要接地，而且还要“接好地”，也就是，接地的阻抗还必须很低，对于许多静电敏感的场合，接地还是泄放电荷的主要手段。

三、地的干扰

在EMC中，地线会引发干扰问题，所以很多时候分析干扰的时候会用示波器查看地线上的噪声，更多的时候我们发现地线上有干扰噪声，但是不知道怎么来的，也不知道如何解决。

其中的一个原因是因为电流流过一个电阻时，就要在电阻上产生电压。我们用作地线的导体都是有一定阻抗的。因此地线电流流过地线时，就会在地线上产生电压。我们在设计电路时，往往将地线作为所有电路的公共地线，因此地线上的电流成分很多，电压也很杂乱，这就是地线噪声电压。如下图，电路1到电路3都接地，但是接地的点电路1阻抗与电路3差异非常大。

解决办法：设计之初尽量减小地线的阻抗，地线尽量减少寄生电感。灵活使用接地方式，避免出现两端地不平衡。

四、总结

在实际应用中，或多或少都会遇到各种的EMC困扰。对于这些困扰有部分就是因为地线干扰造成。这个时候我们可以用示波器观察到地线上的噪声来确认，对于这种情况就需要通过改善接地的阻抗，还可以合理运用一些共模电感，因为地线电压实际上也是一种共模电压，其实只要找到导致地干扰的原因，再针对性的去做措施，地线上就不会有影响其它问题的干扰。