揭秘电子设计中的巧妙接地:为什么PCB地与金属机壳用阻容连接?

发布时间:2024-10-12 08:16:48  

图片 (点击图片链接进入,了解更多详情)

电子产品接地问题是一个老生常谈的话题,本文单讲其中一小部分,主要内容是金属外壳与电路板的接地问题。我们经常会看到一些系统设计中将PCB板的地(GND)与金属外壳(EGND)之间通常使用一个高压电容C1(1~100nF/2KV)并联一个大电阻R1(1M)连接。那么为什么这么设计呢?

图片

图 1 原理图示意

图片

图 2 实际 PCB


图片 电容的作用 图片

从EMS(电磁抗扰度)角度出发,该电容在确保PE与大地连接的基础上,旨在降低可能存在的、以大地电位作为参考的高频干扰信号对电路产生的影响,从而达到抑制电路与干扰源之间瞬间共模电压差的目的。事实上,将GND直接连接到PE最为理想,但由于直连可能会导致操作困难或存在安全隐患,例如,经过整流桥后产生的GND无法直接连接PE,因此便设计了一条既使低频信号无法通过,却允许高频信号通过的通路。从EMI(电磁干扰)的角度来看,若存在与PE相连接的金属外壳,这条高频通道的存在亦有助于防止高频信号辐射至外部环境。
电容是通交流阻直流的。假设机壳良好连接大地,从电磁抗扰度角度,该电容能够抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压;从EMI角度,电容形成了高频路径,电路板内部产生的高频干扰会经电容流入机壳进入大地,避免了高频干扰形成的天线辐射。另一种情况,假设机壳没有可靠接大地(如没有地线,接地棒环境干燥),则外壳电势可能不稳定或有静电,如果电路板直接接外壳,就会打坏电路板芯片,加入电容,能把低频高压、静电等隔离起来,保护电路板。这个并联电容应该用Y电容或高压薄膜电容,容值在1nF~100nF之间。

图片 电阻的作用 图片

这个电阻可以有效防止ESD(静电释放)对电路板造成损害。若仅采用电容将电路板地与外壳地相连,电路板便构成一个浮地体系。在进行ESD测试时,或者在复杂电磁场环境下使用,电荷注入电路板后难以得到有效释放,进而会积累;当积累到一定程度,超出电路板及外壳间绝缘最薄弱点能够承受的电压值,便会引发放电现象——在极短时间内,电路板上可产生数十至数百安培的电流,这可能导致电路由于电磁脉冲而停止运行,或是破坏放电部位附近的连接元器件。若加装此阻抗件,便可逐步释出电荷并消除高压。根据IEC61000的ESD测试标准,每次放电需在10秒钟内完成2千伏电压的释放,故一般建议选用1兆欧至2兆欧的电阻。若外壳带有高压静电,此高阻抗元件也能有效降低电流,从而避免电路芯片受损。

图片 需要注意的问题 图片

1、如果设备外壳良好接大地,那PCB应该也与外壳良好的单点接地,这个时候工频干扰会通过外壳接地消除,对PCB也不会产生干扰;
2、如果设备使用的场合可能存在安全问题时,那必须将设备外壳良好接地;
3、为了取得更好效果,建议是设备外壳尽量良好接地,PCB与外壳单点良好接地;当然如果外壳没有良好接地,那还不如把PCB浮地,即不与外壳连接,因为PCB与大地如果是隔离的(所谓浮地),工频干扰回路阻抗极大,反而不会对PCB产生什么干扰;;
4、在多个设备需互相连接时,应当尽量确保每个设备外壳均与大地在单点进行良好接地,同时每个设备内部PCB也应与其壳体在单点进行接地;
5、然而,若在多个设备彼此连接时,设备外壳无法实现良好接地,那么将其转为浮地状态,内部PCB无需与外壳接地反而更为适宜;
6、机壳地可能并非理想的接地选择,例如在配电网中未遵守相关安全规定,无地线存在;或者是接地棒周围土壤过于干燥,接地螺栓出现锈蚀或松动的情况。
7、环境是存在电磁干扰的,工作环境中有大功率变压器、大功率电机、电磁电炉、高压电网谐波等。
8、PCB内部是会产生高频噪声的,如高频开关管、二极管、储能电感、高频变压器等。这些干扰因素都会导致PCB的信号地和机壳的电势波动(同时含有高频低频成分),或者二者之间存在静电,所以对它们良好可靠的接地处理是必要的,也是产品安规要求的。

图片


文章来源于:国际电子信息产业    原文链接
本站所有转载文章系出于传递更多信息之目的,且明确注明来源,不希望被转载的媒体或个人可与我们联系,我们将立即进行删除处理。

相关文章

    制简易地 线。具体方法是:取3mm厚金属板,尺寸大小是50mmX200mm。一端用铜螺丝固定一粗铜线引出做地线。选择屋内或屋外阴暗潮湿地方,将此铝板砸人地下,越深越好,并保持此处地面潮湿为好。 接“地......
    连接。宜在通信电缆屏蔽层的一端使用电容与接地系统连接,另一端直接接地,电缆屏蔽层电容连接接地端应设置在非爆炸性安全场所(见图3)。 条文说明:当使用铠装屏蔽型电缆,铠装层两端接地,最内层屏蔽一端接地......
    失灵压板而言,一端接正电,一端接该装置的启动失灵接点,在失灵接点没有动作的情况下也是没有电位的。对于 220KV 的线路保护来说,才有失灵启动母差。对于 BP-2B 和 RCS-915 来说,都要......
    接点尽量保持在主干线的同一位置上。原则上各节点之间的节点距离D 不允许等长度, 应尽量远离电源线和信号线, 且尽量避免平行走线; 7) 不要在干扰源附近布置CAN总线,如果无法避免,应使用屏蔽线。当使用屏蔽线时,屏蔽层必须在任一端接地......
    如何理解51单片机的外设;51单片机的外设究竟该怎样理解?做以下实验。 实验1:外部中断0的实验 实验步骤:将一根杜邦线的一端接到P3^2口上,另一端接电源或者地 实验程序: #include......
    51单片机的外部中断实验设计;51单片机的外设究竟该怎样理解?做以下实验。 实验1:外部中断0的实验 实验步骤:将一根杜邦线的一端接到P3^2口上,另一端接电源或者地 实验......
    电阻越小越好,接地导线的截面不小于4mm,长度不超过5m。西门子变频器的接地应和动力设备的接地点分开,不能共地。信号线的屏蔽层一端接到西门子变频器的接地端,另一端浮空。 ......
    线路即电源三插头中的电线由火线、零线和地线组成,具体如图2所示。 l火线(L):也称相线,由发电站或变电站提供,电压220V,人体接触会有危险; l零线(N):为火线提供回路,在发电站或变电站端接地;由于是远端接地,因此......
    表板提供模拟信号源的集成化多路标准信号源、具有图像信息反馈定位的双坐标CNC系统、摄像机图像获取系统和主从机平行处理系统。 2. 金属板表面自动控伤系统金属板如大型电力变压器线圈扁平线收音机朦胧皮等的表面质量都有很高的要求,但原......
    两个接线柱测量接地电阻时,用镀铬铜板短接,并接在随仪表配来的5m长纯铜导线上,导线的另一端接在待测的接地体测试点上。测量屏蔽体电阻时,应松开镀铬铜板,一个e接线柱接接地体,另一个e接线柱接屏蔽。 (2......

我们与500+贴片厂合作,完美满足客户的定制需求。为品牌提供定制化的推广方案、专属产品特色页,多渠道推广,SEM/SEO精准营销以及与公众号的联合推广...详细>>

利用葫芦芯平台的卓越技术服务和新产品推广能力,原厂代理能轻松打入消费物联网(IOT)、信息与通信(ICT)、汽车及新能源汽车、工业自动化及工业物联网、装备及功率电子...详细>>

充分利用其强大的电子元器件采购流量,创新性地为这些物料提供了一个全新的窗口。我们的高效数字营销技术,不仅可以助你轻松识别与连接到需求方,更能够极大地提高“闲置物料”的处理能力,通过葫芦芯平台...详细>>

我们的目标很明确:构建一个全方位的半导体产业生态系统。成为一家全球领先的半导体互联网生态公司。目前,我们已成功打造了智能汽车、智能家居、大健康医疗、机器人和材料等五大生态领域。更为重要的是...详细>>

我们深知加工与定制类服务商的价值和重要性,因此,我们倾力为您提供最顶尖的营销资源。在我们的平台上,您可以直接接触到100万的研发工程师和采购工程师,以及10万的活跃客户群体...详细>>

凭借我们强大的专业流量和尖端的互联网数字营销技术,我们承诺为原厂提供免费的产品资料推广服务。无论是最新的资讯、技术动态还是创新产品,都可以通过我们的平台迅速传达给目标客户...详细>>

我们不止于将线索转化为潜在客户。葫芦芯平台致力于形成业务闭环,从引流、宣传到最终销售,全程跟进,确保每一个potential lead都得到妥善处理,从而大幅提高转化率。不仅如此...详细>>