電子產品接地問題是一個老生常談的話題，本文單講其中一小部分，主要內容是金屬外殼與電路板的接地問題。我們經常會看到一些系統設計中將PCB板的地(GND)與金屬外殼(EGND)之間通常使用一個高壓電容C1(1~100nF/2KV)并聯一個大電阻R1(1M)連接。那么為什么這么設計呢?

圖 1 原理圖示意

圖 2 實際 PCB

一、電容的作用

從EMS(電磁抗擾度)角度說，這個電容是在假設PE良好連接大地的前提下，降低可能存在的，以大地電平為參考的高頻干擾型號對電路的影響，是為了抑制電路和干擾源之間瞬態共模壓差的。其實GND直連PE是最好的，但是，直連可能不可操作或者不安全，例如，220V交流電過整流橋之后產生的GND是不可以連接PE的，所以就弄個低頻過不去，高頻能過去的路徑。從EMI(電磁干擾)角度說，如果有與PE相連的金屬外殼，有這個高頻路徑，也能夠避免高頻信號輻射出來。

電容是通交流阻直流的。假設機殼良好連接大地，從電磁抗擾度角度，該電容能夠抑制高頻干擾源和電路之間的動態共模電壓;從EMI角度，電容形成了高頻路徑，電路板內部產生的高頻干擾會經電容流入機殼進入大地，避免了高頻干擾形成的天線輻射。另一種情況，假設機殼沒有可靠接大地(如沒有地線，接地棒環境干燥)，則外殼電勢可能不穩定或有靜電，如果電路板直接接外殼，就會打壞電路板芯片，加入電容，能把低頻高壓、靜電等隔離起來，保護電路板。這個并聯電容應該用Y電容或高壓薄膜電容，容值在1nF~100nF之間。

二、電阻的作用

這個電阻可以防止ESD(靜電釋放)對電路板的損壞。假如只用電容連接電路板地和機殼地，則電路板是一個浮地系統。做ESD測試時，或在復雜電場環境中使用，打(進)入電路板的電荷無處釋放，會逐漸累積;累積到一定程度，超過了電路板和機殼之間的絕緣最薄弱處所能耐受的電壓，就會發生放電——在幾納秒內，PCB上產生數十到數百A的電流，會讓電路因電磁脈沖宕機，或者損壞放電處附近連接的元器件。并聯該電阻，就可以慢慢釋放掉這個電荷，消除高壓。根據IEC61000的ESD測試標準10s/次(10s放完2kV高壓電荷)，一般選擇1M~2M的電阻。如果機殼有高壓靜電，則該大電阻也能有效降低電流，不會損壞電路芯片。

三、需要注意的問題點

1、如果設備外殼良好接大地，那PCB應該也與外殼良好的單點接地，這個時候工頻干擾會通過外殼接地消除，對PCB也不會產生干擾;

2、如果設備使用的場合可能存在安全問題時，那必須將設備外殼良好接地;

3、為了取得更好效果，建議是設備外殼盡量良好接地，PCB與外殼單點良好接地;當然如果外殼沒有良好接地，那還不如把PCB浮地，即不與外殼連接，因為PCB與大地如果是隔離的(所謂浮地)，工頻干擾回路阻抗極大，反而不會對PCB產生什么干擾;

4、多個設備之間需要互相連接的時候，盡量是每個設備外殼都與大地在單點良好接地，每個設備內部PCB與各自外殼單點接地;

5、但是如果多個設備互相連接時候，設備外殼沒有良好接地，那就不如浮地，內部PCB不與外殼接地;

6、機殼地可能并不是可靠的接地，如配電網中不符合安規，沒有地線;接地棒周圍土壤太干燥，接地螺栓生銹或松動。

7、環境是存在電磁干擾的，工作環境中有大功率變壓器、大功率電機、電磁電爐、高壓電網諧波等。

8、PCB內部是會產生高頻噪聲的，如高頻開關管、二極管、儲能電感、高頻變壓器等。

這些干擾因素都會導致PCB的信號地和機殼的電勢波動(同時含有高頻低頻成分)，或者二者之間存在靜電，所以對它們良好可靠的接地處理是必要的，也是產品安規要求的。

最后期待小伙伴們針對本文所述問題留言，發表自己獨到的見解。

審核編輯：湯梓紅