硬件玄学现场：模块‘八字不合’，一接地就干扰，不接就没事，你遇到过吗？

硬件笔记本

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; t0 t1 \) V, l% A6 j5 h5 t  g5 a大家好，我是王工。
今天想跟大家分享一个接地问题的真实案例，这个看似简单的"地"字，却让我们团队折腾了整整两周！
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让工程师失眠的emc测试

' m: V  q2 I2 \8 C4 k我们最近开发了一款集大成的智能显示终端，内部包含四个关键板卡：

电源板（AC220V输入，输出DC12V/24V）；
6 L: H2 S! p" F/ ?% I背光驱动板（AC220V输入）；
7 I4 o! c4 o$ S9 e主板（集成蓝牙/WiFi/HDMI/RJ45/USB等多功能接口）；
转接小板

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功能测试一帆风顺，直到走进EMC实验室...
9 U. |# \+ l) I  c"王工，低频段又超标了！"测试工程师小张第3次冲出实验室，脸色很难看。低频不过一般都是电源问题，我们试遍了所有常规手段：换X电容，Y电容，共模电感，加磁环，屏蔽，各种接地整改，结果...毫无改善！
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偶然的转机
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% O" G7 e+ w3 l2 s* p0 d转机出现在一个下午快下班的时候。小张饿得头晕眼花，不知道什么时候是个头，随意尝试了一下——用纸片将其中一个电源板A与其它板卡和地隔离后，测试居然通过了。

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"这不科学！"大伙都觉得奇怪，难道是这两个电源板之间有什么？开玩笑说性格不合？不过可以确定问题的本质是：接地设计不当。
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& G" G" [5 P* k; T这个问题怎么解释？
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( g) ~; y. C- O6 q9 ^% ^" Z咱们分两种情况来回顾一下这个接地相关的基础知识。
% {) U# C' ~- T& i" x: e8 }6 Z! _1. 公共阻抗耦合（共地干扰）想象有两个电路，它们共用同一根地线。由于地线就是信号的回流线，当一个电路工作时，它的电流流过这段地线，就会在地线上产生一个小电压降。这个电压降会影响另一个电路，导致它的地电位“晃动”，就像两个人共用一根水管，一个人猛开龙头时，另一个人的水压会不稳。
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' R1 `9 q1 }2 {( {4 q- I! A消除公共阻抗耦合的途径有两个：
2 l2 U" o% d! d( Y3 ~% V( p* q①减小公共地线部分的阻抗(如缩短公共地线线长)，这样公共地线上的电压也随之减小，从而控制公共阻抗合；
' R- W3 i6 l5 V3 ]. F( v7 s1 G( R②减小共模电流，如通过去耦电容将一些无用的共模电流旁路到地或通过串联高共模阻抗的共模扼流圈抑或通过选择适当的接地方式(如并联单点或多点接地)避免容易相互干扰的电路共用地线，一般要避免强电电路和弱电电路共用地线，以及数字电路和模拟电路共用地线。
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# V& K0 n. q% x2. 地环路干扰（地线回路问题）地环路干扰是另一种常见的干扰现象，常常发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备或模块之间。由于地环路干扰是由地环路电流导致的，当一个设备的安全接地线断开时，干扰现象消失，这是因为地线断开时，切断了地环路。这种现象往往发生在干扰频率较低的场合，当干扰频率高时，与地线是否断开关系不大。

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地环路干扰形成的原因有以下两个：
①两个设备的地电位不同，形成地电压，在这个地电压的驱动下，在电路A-互连电缆-电路B-地之间形成的环路中有电流流动。
4 a. }- C7 r3 ~& P: M% ~②由于电路的不平衡性，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成差模干扰。地线上的电压是由于其它功率较大的设备共用这段地线，而在地线中引起了较强的电流，并且与地线有较大的阻抗有关。
由于互连设备处在较强的磁场中,磁场在电路A-互连电缆-电路B-地之间形成的环路中感应出环路电流。


解决地环路干扰的基本思路有以下两个：
/ f9 d, f, {3 ?①减小地环路面积。例如改变接地方式，可选择单点接地。
②增加地环路的阻抗，从而减小地环路电流。当阻抗无限大时，实际上是将地环路切断即消除了地环路。例如将一端的设备浮地或将线路板与机箱断开等是直接的方法。但出于静电防护或安全的考虑，这种直接的方法在实践中往往是不允许的，更实用的是利用隔离变压器、光耦合、共模扼流圈等方法。

) O5 D+ E) q+ K- p3 L小结这次经历让我们深刻认识到：接地设计是解决EMC问题最经济有效的方法！在产品设计初期就必须重视接地方案，否则后期整改成本会呈指数级增长。
我们遇到的这个案子，按理说应该属于地环路问题，因为把它的地断开了就好，但是这两个电源模块其实距离也不是很远，大家有没有什么看法？
大家在工作中遇到过哪些奇葩的接地问题？欢迎在评论区分享你的"血泪史"！
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# @1 d+ N. Q7 F- i1 e& b, F4 U# n写在最后都说硬件工程师越老越吃香，这句话也告诉我们硬件也是需要积累的，王工从事硬件多年，也会不定期分享技术好文，感兴趣的同学可以加微信，或后台回复“加群”，管理员拉你加入同行技术交流群。
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