01 讓工程師失眠的EMC測試

我們最近開發了一款集大成的智能顯示終端，內部包含四個關鍵板卡：

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

功能測試一帆風順，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手段：換X電容，Y電容，共模電感，加磁環，屏蔽，各種接地整改，結果...毫無改善！

02 偶然的轉機

轉機出現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！"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是：接地設計不當。

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的基礎知識。

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，就會在地線上產生一個小電壓降。這個電壓降會影響另一個電路，導致它的地電位“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。

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高共模阻抗的共模扼流圈抑或通過選擇適當的接地方式(如并聯單點或多點接地)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，以及數字電路和模擬電路共用地線。

2. 地環路干擾（地線回路問題）

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

地環路干擾形成的原因有以下兩個：

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

②由于電路的不平衡性，每根導線上的電流不同，因此會產生差模電壓，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。

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

解決地環路干擾的基本思路有以下兩個：

①減小地環路面積。例如改變接地方式，可選擇單點接地。

②增加地環路的阻抗，從而減小地環路電流。當阻抗無限大時，實際上是將地環路切斷即消除了地環路。例如將一端的設備浮地或將線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

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

我們遇到的這個案子，按理說應該屬于地環路問題，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？