屏蔽与接地技术总结由刀豆文库小编整理，希望给你工作、学习、生活带来方便，猜你可能喜欢“接地与屏蔽技术”。
屏蔽技术屏蔽的定义
屏蔽可通过各种屏蔽体来吸收或反射电磁场骚扰的侵入, 达到阻断骚扰传播的目的;或者屏蔽体可将骚扰源的电磁辐射能量限制在其内部, 以防止其干扰其它设备。（对两个空间区域之间进行金属的隔离, 以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域的感应和辐射。）
1.一种是主动屏蔽, 防止电磁场外泄;
2.一种是被动屏蔽, 防止某一区域受骚扰的影响。
屏蔽就是具体讲, 就是用屏蔽体将元部件、电路、组合件、电缆或整个系统的干扰源包围起来, 防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收电路、设备或系统包围起来, 防止它们受到外界电磁场的影响。因为屏蔽体对来自导线、电缆、元部件、电路或系统等外部的干扰电磁波和内部电磁波均起着吸收能量(涡流损耗)、反射能量(电磁波在屏蔽体上的界面反射)和抵消能量(电磁感应在屏蔽层上产生反向电磁场,可抵消部分干扰电磁波)的作用, 所以屏蔽体具有减弱干扰的功能。
2.屏蔽的分类
屏蔽可分为电场屏蔽、电磁屏蔽和磁屏蔽三类。电场屏蔽又包括静电场屏蔽和交变
电场屏蔽;磁场屏蔽又包括静磁屏蔽和交变磁场屏蔽。
1.静电屏蔽常用于防止静电耦合和骚扰, 即电容性骚扰;2.电磁屏蔽主要用于防止高频电磁场的骚扰和影响;3.磁屏蔽主要用于防止低频磁感应, 即电感性骚扰。
2.1静电场屏蔽和交变电场屏蔽
用来防止静电耦合产生的感应。屏蔽壳体采用高导电率材料并良好接地,以隔断两个电路之间的分布电容偶合，达到屏蔽作用。静电屏蔽的屏蔽壳体必须接地。
以屏蔽导线为例,说明静电屏蔽的原理。静电感应是通过静电电容构成的,因此,静电屏蔽是以隔断两个电路之间的分布电容。静电感应,既两条线路位于地线之上时,若相对于地线对导体1 加 有V1的电压,则导体2 也将产生与V1成比例的电V2。由于导体之间必然存在静电电容,若
设电容为C10、C12 和C20,则电压V1 就被C12 和C20 分为两部分,该被分开的电压就为V2,可用下式加以计算；
导体1 和2 之间加入接地板便可构成静电屏蔽。这样,在接地板与导体
1、导体2之间就产生了静电电容C`10 和C`20。等效电路,增加了对地静电电容，消除了导体1、2 之间直接偶合的静电电容。按示2.1，由于C12=0,故与V 1 无关,V2=0。这就是静电屏蔽的原理。
我们若用金属壳体将干扰源屏蔽起来, C1 为干扰源与屏蔽壳体之间的电容, C2 为电子设备与屏蔽壳体之间的电容, Zm 为屏蔽壳体对地阻抗。可求得屏蔽后电子设备上的耦合干扰电压:V sm = ω2 C1 C2 Zm ZsV N / {(ω2 C1 C2 Zm ZsjRs/ ωL s)(8)
屏蔽层的截止角频率ωc = R/ L s ,故取模V = V s/ 1 +(ωc/ ω)2当ω = 0(直流)时, V N = 0 ,当ω = 5ωc 时,V n = 0.98 V s。
当屏蔽中有电流时,中心导线上将感应一个电压V n ,此电压在频率ω≥5ωc 时接近于屏蔽层上的电压V S ,并随着频率升高而增大。我们将屏蔽层两端接地并不能抑制磁耦合干扰,因为屏蔽层中的电流所产生的磁通会与中心导线交连。通常只将屏蔽层上感应的电荷泄放入地,起到电场屏蔽作用。
(2)同轴电缆的中心导线是干扰源时,即中心导线有电流流过。这时如将屏蔽层的一端接地,那么中心导线在屏蔽层上感应的电荷被泄放入地,起到了电场屏蔽作用,但对磁场来说,其作用是非常小的。如果将屏蔽两端接地,所示，由A RSL SB 支路到方程:(Rs + jωL s)Is10MHz 及接地面尺寸为l≈λ/ 20 时,一般可采用单点和多点的混合接地方式.3)混合接地：混合接地既包含了单点接地的特性，又包含了多点接地的特性。例如，系统内的电源需要单点接地，而射频信号又要求多点接地，这时就可以采用混合接地。对于直流，电容是开路的，电路是单点接地，对于射频，电容是导通的，电路是多点接地。
混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。电容对低频和直流有较高的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时，将每个子系统的直流地通过10～100nF的电容器接到射频地上，这两种地应在一点有低阻抗连接起来，连接点应选在最高翻转速度（di/dt）信号存在的点。
在工程实践中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还将设备的信号地，机壳与大地连在一起，以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是
1）
保护地，保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳（或构架）和接地装置之间作良好的电气连接。为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器外壳，另一端与大地作可靠连接。
2）
防静电接地，泄放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定。
3）
屏蔽地，避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化，造成设备工作的不稳定。
4）
浮地 ：即该电路地与大地无导体连接。(虚地:没有接地，却和地等电位的点)其优点是该电路不受大地电性能的影响。浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。
1）
交流电源地与直流电源地分开
一般交流电源的零线是接地的。但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源的零线电位并非为大地的零电位。另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰，如果交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。因此，采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来自交流电源地线的干扰。
2）
放大器的浮地技术
对于放大器而言，特别是微小输入信号和高增益的放大器，在输入端的任何微小的干扰信号都可能导致工作异常。因此，采用放大器的浮地技术，可以阻断干扰信号的进入，提高放大器的电磁兼容能力。
3）
浮地技术的注意事项
i.尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻，从而有利于降低进入浮地系统之中的共模干扰电流。ii.注意浮地系统对地存在的寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中。iii.浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用，才能收到更好的预期效果。iv.采用浮地技术时，应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。
1.3接地的原因
当许多相互连接的设备体积很大（设备的物理尺寸和连接电缆与任何存在的干扰信号的波长相比很大）时，就存在通过机壳和电缆的作用产生干扰的可能性。当发生这种情况时，干扰电流的路径通常存在于系统的地回路中。
在考虑接地问题时，要考虑两个方面的问题，一个是系统的自兼容问题，另一个是外部干扰耦合进地回路，导致系统的错误工作。由于外部干扰常常是随机的，因此解决起来往往更难。要求接地的理由很多，下面列出几种：
1)安全接地：使用交流电的设备必须通过黄绿色安全地线接地，否则当设备内的电源与机壳之间的绝缘电阻变小时，会导致电击伤害。
2)雷电接地：设施的雷电保护系统是一个独立的系统，由避雷针、下导体和与接地系统相连的接头组成。该接地系统通常与用做电源参考地及黄绿色安全地线的接地是共用的。雷电放电接地仅对设施而言，设备没有这个要求。
3)电磁兼容接地：出于电磁兼容设计而要求的接地，包括：
a)屏蔽接地：为了防止电路之间由于寄生电容存在产生相互干扰、电路辐射电场或对外界电场敏感，必须进行必要的隔离和屏蔽，这些隔离和屏蔽的金属必须接地。
b)滤波器接地：滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容，当滤波器不接地时，这些电容就处于悬浮状态，起不到旁路的作用。
c)噪声和干扰抑制：对内部噪声和外部干扰的控制需要设备或系统上的许多点与地相连，从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道。
d)电路参考：电路之间信号要正确传输，必须有一个公共电位参考点，这个公共电位参考点就是地。因此所有互相连接的电路必须接地。
电磁兼容接地:出于电磁兼容设计而要求的接地,它包括:(1)屏蔽接地为了防止电路之间由于寄生电容存在产生干扰、电路辐射电场或对外界电场敏感,必须进行必要的隔离和屏蔽,这些隔离和屏蔽的金属必须接地;(2)滤波器接地:滤波器中一般都包含信号线或电源线到地的旁路电容,当滤波器不接地时,这些电容就处于悬浮状态,起不到旁路的作用;(3)噪声和干扰抑制:对内部噪声和外部干扰的控制需要设备或系统上的许多点与 地相连,从而为干扰信号提供“最低阻抗”通道;
(4)电路参考:电路之间信号要正确传输,必须有一个公共电位参考点,这个公共电位参考点就是地.因此所有互相连接的电路必须接地.1.4接地的应用
2.1 信号电缆的接地技术
电缆的屏蔽层必须接地,如不接地,由于寄生耦合,其干扰程度反而比不带屏蔽层严重,使导线增加干扰。
(1)1MHz下低频电缆的接地技术。低频信号电缆的屏蔽层应一点接地。屏蔽层单端接地时,流过屏蔽层的信号电流大小相等、方向相反,它们产生的磁场干扰相互抵消;屏蔽层两端接地时,屏蔽层上流过的是信号电流与地环电流的叠加,不能完全抵消信号电流所产生的磁场干扰。因此,屏蔽层单端接地对电磁场干扰具有很好的抑制作用,而屏蔽层两端接地抑制电磁场耦合干扰的能力比单端接地要差。故低频信号电缆以采取单端接地的屏蔽双绞线的抗电磁干扰效果最佳。至于接地点，a)当电路中有一个不接地的信号源与一个接地的放大器相连时,输入端的屏蔽层应接至放大器的公共端
b)当一个不接地的放大器与一个接地的信号源相连时,应在信号源的输出端接地,这样放大器输入端没有干扰电压。
在光缆传输系统中,各监控点的光端机外露导电部分、光缆加强芯等都采用一点接地,一般与系统的接地装置相连。因为光缆传输信号是在微弱的电流下进行的,要求各级工作电路都有良好的信噪比,采用这种方法接地可以加强屏蔽,防止干扰。
(2)1MHz以上高频电缆的接地技术。对于屏蔽双绞线对电缆,高频集肤效应使干扰电流在屏蔽层外表面流动,而信号电流在屏蔽层内表面流动,从而减少屏蔽层上信号电流和干扰电流的耦合。为了保证屏蔽层为地电位, 1 MHz以上高频电缆通常采用多点接地技术
1.5抑制接地干扰 1.应用隔离变压器
通过隔离变压器阻隔地回路的形成来抑制地回路干扰。电路1 的输出信号经变压器耦合到电路2，而地环路则被变压器所阻隔。但是，变压器绕组间存在分布电容，通过此分布电容形成地环路的等效电路所示，该图中设输出电路的内阻为零，变压器绕组之间的分布电容为C，输入电路的输入电阻为RL。
在分析隔离变压器阻隔地环路的干扰时，根据电路分析的叠加原理，可以不考虑信号电压的传输，即将信号电压短路，只考虑地环路电压UG。
由地环路电压U G 产生的地环路电流为:式中，ω为地回路电压UG的角频率，I、UG分别为地回路电流、电压。地回路电流I 在RL上的产生的压降为:
（x-2）将上式整理，得:（x-3）因此有:（x-4）
当没有采用隔离变压器，直接采用信号线传输时，干扰电压UG 全部加到Rl上，而采用隔离变压器后加到RL上的电压为UN。所以，（x-4）式表示隔离变压器抑制地回路 干扰的能力，|UN/UG| 越小，变压器抑制干扰的能力就越大。
由（x-4）式可知，当ωCRl≤1 时，|UN/UG| ≤ 1。所以，要提高隔离变压器的抗干扰能力，有效地办法是减小变压器绕组间的分布电容C（因为ω是无法改变的，而减小负载电阻Rl会影响信号的传输）。如在变压器绕组之间加一电屏蔽，就可以有效的减小变压器绕
组间的分布电容C，从而有效地阻隔了地回路的干扰。为了防止地回路电压UG通过电屏蔽层与绕组间的分布电容耦合加至负载Rl造成干扰，电屏蔽层应接至负载Rl的接地端。必须指出，采用隔离变压器不能传输直流信号，也不适于传输频率很低的信号。但是，隔离变压器对地线中较低频率的干扰具有很好的抑制能力。同时，电路中的信号 电流只在变压器绕组连线中流过，因此可避免对其他电路的干扰。2.应用光耦合隔离
在两电路间采用光耦合器是切断两电路单元间地环路的有效方法之一。电路1 的信号电流通过发光二极管后，发光二极管的发光强弱随通过它的电流变化，这样就把电路1 的信号电流变成强弱不同的光信号。再由光电三极管把强弱不同的光转化成相应的电流，从而实现了电路间的信号传输。通常发光二极管和光电三极管封装在一起，构成一个光耦合器。这种光耦合器可把两电路间的地环路完全隔断，有效地抑制地线干扰。由于光耦合器电流与发光强度的线性关系较差，传输模拟信号时会产生较大的失真，所以应用受到限制。但它对数字信号传输非常适用，如在固态继电器中隔离控制信号的干扰。
1.4常见的问题
Q1：为什么要接地? 接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护建筑物的作用。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足要求了。比如在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准„地'作为信号的参考地。而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。最近，高速信号的信号回流技术中也引入了“地”的概念。
Q2：接地的定义
在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是„线路电压的参考点'；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是“低阻抗”和“通路”。
Q3：常见的接地符号
PE,PGND,FG－保护地或机壳；
BGND或DC-RETURN－直流－48V(+24V)电源（电池）回流； GND－工作地；DGND－数字地；AGND－模拟地；LGND－防雷保护地
Q4：合适的接地方式
Answer: 接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块之间接地区分，以及低频（f10MHz）电路时就要采用多点接地了或者多层板（完整的地平面层）。
Q5：信号回流和跨分割的介绍
对于一个电子信号来说，它需要寻找一条最低阻抗的电流回流到地的途径，所以如何处理这个信号回流就变得非常的关键。
第一，根据公式可以知道，辐射强度是和回路面积成正比的，就是说回流需要走的路径越长，形成的环越大，它对外辐射的干扰也越大，所以，PCB布板的时候要尽可能减小电源回路和信号回路面积。
第二，对于一个高速信号来说，提供有好的信号回流可以保证它的信号质量，这是因为PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层（或电源层）为参考来计算的，如果高速线附近有连续的地平面，这样这条线的阻抗就能保持连续，如果有段线附近没有了地参考，这样阻抗就会发生变化，不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。所以，布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层，或者高速线旁边并行走一两条地线，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三，为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割，这也是因为信号跨越了不同电源层后，它的回流途径就会很长了，容易受到干扰。当然，不是严格要求不能跨越电源分割，对于低速的信号是可以的，因为产生的干扰相比信号可以不予关心。对于高速信号就要认真检查，尽量不要跨越，可以通过调整电源部分的走线。（这是针对多层板多个电源供应情况说的）
Q6：为什么要将模拟地和数字地分开，如何分开? 模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。
一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。Q7：单板上的信号如何接地? 对于一般器件来说，就近接地是最好的，采用了拥有完整地平面的多层板设计后，对于一般信号的接地就非常容易了，基本原则是保证走线的连续性，减少过孔数量；靠近地平面或者电源平面，等等。
Q8：单板的接口器件如何接地? 有些单板会有对外的输入输出接口，比如串口连接器，网口RJ45连接器等等，如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常工作，例如网口互连有误码，丢包等，并且会成为对外的电磁干扰源，把板内的噪声向外发送。一般来说会单独分割出一块独立的接口地，与信号地的连接采用细的走线连接，可以串上0欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。同样的，对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。
Q9：带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地? 屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接大地上而不是信号地上，这是因为信号地上有各种的噪声，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰，所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。当然前提是接口地也要非常的干净
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