接地技術對信息技術設備電磁兼容性的影響及案例分析

【摘要】 本文主要介紹了影響信息技術設備電磁兼容性的幾種接地技術，并討論了針對信息技術設備輻射騷擾中接地技術的設計對其的影響以及案例分析。

【關鍵詞】 電磁兼容;接地技術;信息技術設備

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.01.006

Abstract： The main sources of uncertainty of determination of phthalate esters in cosmetics by gas chromatography-mass spectrometry were the standard solution，the sample，the sample handling course.Butyl benzyl phthalate（BBP）as an example，each uncertainty component was evaluated.The combined uncertainty and expanded uncertainty were calculated. As the measuring the results of BBP in cosmetics was 10.05 mg/L，the expanded uncertainty was 0.70 mg/L（k=2）.

Key words： gas chromatography-mass spectrometer;cosmetics;BBP;uncertainty

1 引言

在當下的信息時代，人類日常生活中信息技術設備的使用隨處可見。而在人們身邊，除去信息技術設備外還有眾多的電氣產品，在這些產品環繞之下，由電氣產品工作時產生的電磁能量越來越大。在這樣的電磁污染環境下，對產品本身的電磁干擾強度越來越大，對人體的健康危害也越來越顯著。良好的接地技術在不僅能保護設備使用過程中的人身安全，對電磁干擾的防護也有極大的影響。

2 不良接地對信息技術設備運行過程中的存在的問題

不良接地對信息技術設備運行過程中的存在的問題，主要有3個方面。

a）人體觸電問題。眾所周知，對于外殼是導電體的設備在眾多產品標準中地線均要為保護接地。保護接地便是在導電金屬外殼在故障帶電情況下通過接地與大地連接起來的防護措施。這是起到防止人體觸電危險的有效措施。

b）靜電問題。靜電是摩擦產生的電，其能量雖然小，但是對信息技術設備的不良影響確是很大。在電磁兼容標準中，GB/T 17626.2《電磁兼容 試驗和測量技術 靜電放電抗擾度試驗》便是我國國標中便是對電氣設備的靜電抗擾度要求。在GB/T 17618《信息技術設備抗擾度限制和測量方法》也有針對于靜電的條款要求。

信息設備在運行過程中，靜電產生放電時，在放電點產生瞬間電流，干擾到其附近線路、設備，從而致使設備無法正常運行。而且，靜電產生的微小電流可能引起電子線路中前后兩點的電位差，倘若產生足夠電壓值時便會導致設備損壞等問題。在當今的信息技術設備多功能化、復雜化發展的階段下，設備的電子線路的設計中很多半導體元器件是高密度、集成化的，在高靈敏材料集成下的線路板，對于靜電的抗擊能力便會大大下降，這不排除在靜電的作用下會把電路擊穿造成受控器件誤動、設備運行紊亂等。而要消除此類問題，由于靜電的產品本身便具有概率性，產生的靜電強度每次也是不盡相同，所以要想完全消除靜電問題對信息技術設備的影響，難度是很大的。此外，很多信息技術設備均有儲存和信號指令傳輸功能，倘若受到靜電電流影響，很可能出現儲存數據丟失或者執行錯誤指令等嚴重問題[1]。

c）電磁干擾問題。信息技術設備多為直流元器件集成設計，在設備電子元器件中共模和差模電容的運用便會極大的影響信息技術設備的電磁干擾問題。這便直接影響了最終設備是否符合我國GB/T 9254-2008《信息技術設備的無線電騷擾限制和測量方法》標準。這不僅對設備是否能夠順利獲得認證證書有直接關聯，對產品的高品質要求也是極大考驗。

3 信息技術設備接地技術的類型

信息技術設備接地技術共分為2類。

a）保護型接地。保護型接地技術主要是為了去除靜電以及防止觸電。除靜電接地技術主要是通過地線將靜電引流入大地，以防外殼電子積蓄過多而對人體或者設備造成傷害;防止漏電接地技術主要是將設備與人體能夠接觸的可導電結構進行接良好地，防止在設備短路本體帶電時裸露的金屬部分在與人體接觸時發生人身觸電事故。同時可以防止高壓電路和低壓電路的互串，也能夠在設備發生故障短路時及時熔斷保險從而切斷電源，提高設備使用過程中的安全性[2]。

b）功能型接地。功能型接地技術主要包括了系統接地、邏輯接地、屏蔽接地和信號接地。系統接地的主要目的就是防止設備運行過程中因錯綜復雜的電回路交錯而發生的震蕩，是為了保證設備能夠夠安全、平穩地運行;邏輯接地得作用便是平衡兩點（面）的電勢，構成等位點（面），以此為基準點從而能夠獲得穩定的電位參數;屏蔽接地就是提高設備的電磁兼容性，將多電路產生的電磁干擾經地線流走，避免其他電路受其影響;信號接地便是可以統一電路的電暈放電損耗、側漏電源等參數，提高基準點位的穩定性，從而使電路運行過程中的波動減少[3]。

4 信息技術接地方式的設計

4.1 單點接地

單點接地便是只有一個接地點，設備的各部分結構都需接到此接地點上。實現方式有串聯單點接地和并聯單點接地兩種。如圖1所表示。

串聯式單點接地便是信息技術各部分電路共用一條地線，通過同一導線，這種方式會使接地阻抗串聯增大，并且各回路干擾均會匯聚一條導線，互相干擾。這種接地方式對于抑制干擾來看作用性是最小的，但其也有其優勢所在，這種接地方式的結果是最簡單的，而且往往這種接地的引線也是最短的，單回路的接地阻抗就相對小了很多，比較適用于組合柜中的多功能信息技術設備。

并聯式單點接地是指在同一設備中只定義一個接地參考點，系統中各個電路需并聯接入該點，互不干擾，各回路接地電阻并聯而行。各單獨電路互不影響，這能在低頻工作時避免其他電路接地電阻的干擾，但是在高頻電路中還是不適用的，高頻電路中，相鄰的地線產生耦合的可能性更大，在多地線的情況下此種現象的產生更容易，從而對電路間的干擾也會更多。同時并聯式接地，地線數量會增加很多，這會帶來電路設計的空間問題以及設備本身的重量問題和成本問題[3]。

4.2 多點接地

多點接地是指同一設備中每個單回路采用就近原則直接獨立與最近的接地平面相連接。其技術優勢便在于各接地線均會較短，適用于工作頻率在10MHz以上的高頻電路，但伴隨著也會產生新的干擾，便是多點接地會使各回路獨立接地，這便形成了多底線回路，單回路干擾也就增多了，這對設備內低頻率的電路的不良影響會加劇。

4.3 混合接地

混合接地技術便是單點接地和多點接地相結合。畢竟我們知道信息技術設備的工作頻段不會是單一性的，綜上第1和第2點所述，單點接地適用于低頻電路，多點接地適用于高頻電路。那對于錯綜復雜的信息設備多電路，相應頻率的回路采用相應的接地方式便是混合接地技術。

4.4 懸浮接地

對于很多信息技術設備來說，其外殼設計均為非導電結構，其與電路直接也是絕緣的，但是往往此類產品也會設計底線系統，這便是懸浮接地技術。如圖2所示。

這樣設計的初衷便是抑制電磁干擾，讓地系統上的電磁干擾不傳導到設備電路本身。同時，其另一作用便是防止干擾直接耦合到信息技術設備的信號電路。

懸浮接地的不足之處便是由于其不是與大地真的連接，伴隨著靜電產生，電路容易產生靜電積累，在外界有電擊干擾的情況下，靜電累積產生的高壓會使操作人員遭到電擊并損壞設備。再者，信息技術設備一般時直接連入市電電網，而電網為保證安全性一般時直接與地連接，當電網相線與懸浮地的機箱短路時，有引起高壓觸電的危險。所以，一般懸浮地的接地電阻需要極其謹慎的考慮和設計以保證安全性[4]。

5 良好接地對信息技術設備在輻射騷擾測試中的影響案例分析

5.1 信息技術設備輻射測試介紹

信息技術設備，對應的電磁兼容標準為國家標準為GB/T 9254-2008《信息技術設備的無線電騷擾限制和測量方法》。標準中第6章介紹了輻射測試的限值要求如為表1～表4所示。

測量頻率上限的選擇依據EUT正常工作產生的最高時鐘頻率而定：

最高時鐘頻率<108 MHz，測量進行到1 GHz;

108 MHz≤最高時鐘頻率<500 MHz，測量進行到2 GHz;

500 MHz≤最高時鐘頻率<1 GHz，測量進行到5 GHz;

最高時鐘頻率≥1 GHz，測量將進行到5倍最高頻率或者到6 GHz，取兩者中的小者[5]。

標準第10章節詳細介紹了輻射騷擾的測量方法，其中臺式設備和落地式設備的測試布置如圖3和圖4所示。

5.2 某品牌掃描儀接地處理前后輻射騷擾測試結果分析

依據國標GB/T 9254-2008《信息技術設備的無線電騷擾限制和測量方法》，采用暗室輻射發射測試系統，對某一品牌掃描儀的輻射測試結果有如下分析。采用設備及場地如表5所示。

掃描儀采用的限值分類為A級ITE，為臺式設備，測試布置依據圖3，且其為單一性掃描儀，不考慮其他功能模塊，輻射騷擾測試頻率只進行至1 GHz即可。注：本次測試采用3 m法，其A級ITE設備1 GHz以下限值要求為表6所示。

通過對掃描儀的輻射測試后，在不加任何處理手段的情況下，我們得到如下的測試圖譜（圖5），以天線垂直極性結果為例。

由圖可見其點1（頻率為36.85 MHz）和點2（頻率為50.01 MHz）出現高峰，其峰值已經超過了準峰值的限值要求，對其兩點進行終測讀點后，讀出點1的準峰值為52.10 dB（μV/m）（超出限值2.10 dB）;點2的準峰值為49.21 dB（μV/m）（裕量為0.79 dB），顯然本次測試得出結果為不合格，即使點2為超出限值要求，但其裕量也是嚴重不足，加上輻射測試這種空間性的測試，復現性和穩定性都不高，極有可能二次復測也是不合格。

該掃描儀本身為Ⅰ類防觸電等級設備，有保護接地，其內部電源模塊已有接地處理，現對其電源輸入處接地線縮短，電源模塊后端接地點直接連接保護地，并在后端的掃描儀的顯示屏進行就近地接地處理后得到圖6的測試結果。

從圖6中可見，原頻點1和2的測試結果均有改善，30 MHz～50 MHz整頻段的輻射騷擾值均有降低，由此可見接地處理對信息技術設備電磁干擾的影響是很大的，注意這些細節，這能讓一款電氣產品研發時少走很多彎路。

6 總結

接地處理在現階段已不僅僅有安全保護的作用，這對信息技術設備的電磁兼容也有重大的影響，良好接地能改善電磁干擾，這對信息技術設備的電氣結構研發設計具有借鑒意義，對檢測兼容測試的整改措施也有指導性作用。

【參考文獻】

[1] 王柯盛.接地技術在電子電氣設備運行中的應用[J].電子技術與軟件工程，2016（13）：235.

[2] 霍海波.接地技術在電子電氣設備運行中的應用[J].現代制造技術與裝備，2019（7）：173-174.

[3] 奚寬超.電氣設備接地技術在電力設備中的應用[J].河南科技，2020（29）：68-70.

[4] 鄧燕.淺析接地技術設計對電子設備電磁兼容性的影響[J].電子質量，2006（11）：67-71.

[5] GB/T 9254-2008《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》[J].安全與電磁兼容，2009（2）：85.

【作者簡介】

吳俊純（1996-）男，學士，研究方向為電磁兼容檢測與標準。