一些读者对多点接地(MPG)系统提出了意见。令人担忧的是,这种安排会产生多个接地回路。因此,我们需要解决这个问题。你们有些人知道,我做过很多演讲,教过很多EMC研讨会。很久很久以前,我在一堂训练课上讨论地面回路时,一个学生打断了我,说我显然不知道地面回路是什么,所以我让他告诉我。
事实证明,他是民用空中巡逻(CAP)中队的一员,驾驶着一架古董风笛手J-3。这是一个木制和金属框架的小拖车,上面覆盖着帆布,看起来很像一个大版本的模型飞机,我们可以在孩子们的帮助下,在厨房的桌子上建造。也就是说,在航空界,一个接地回路是飞机在地面上的旋转,飞行员突然回头看他刚刚从哪里来。这通常只发生在传统起落架上(不是三轮车),重心在机翼后面。我怀疑这种地面循环是非常可怕的…尤其是在速度快的时候。
我们都曾嘲笑过地面回路的飞机定义,但从那以后,我一直试图使用更专业的术语:共阻抗耦合。然而,这个术语很难形象化。无论如何,MPG会产生大量的地面回路,它们对EMC工程师和飞机飞行员来说都是可怕的。
图1说明了在MPG系统中创建循环的问题。图中为无接地(0)、1、2、3、4 5种情况。
None(0)和1(这是单点接地)不创建循环。如果没有接地电流和辐射电场或磁场,两个接地连接(一个回路)可能是正确的。是的没错!在有意或无意地连接三个或三个以上的情况下,环路数量逐渐多于接地,环路复杂度越来越差。这是一个图论问题,回路数(L)与接地数(G)相关,如下所示:
如果G = n,则L = n (n-1) / 2。
因此,4个相互连接的机柜可能有6个环路,但有20个器件的PCB可能有190个环路。当考虑互连电缆的数量时,也会出现类似的情况,但这是另一个问题。
不幸的是,当频率增加到波长接近盒子、电缆和接地连接的尺寸时,单点接地系统就会失效,电容耦合就会产生mpg,不管它们是否需要。由于许多高频接地连接(如果我们想这样称呼它们)是电容耦合的结果,它们在视觉上无法识别。我们无法看到它们在哪里,也无法确定形成了什么循环。因此,高速系统的接地设计必须适应工作在这些更高的频率。个别接地线的电阻和电感过高,不能使用。相反,使用地面平面。这可能是一个专用的PCB层,机箱或一个完整安装的底层网格。这完全取决于设备的频率。
尽管mpg创造了许多循环,但这并不意味着应该避免它们。MPG地面系统的连接更短、更直接。此外,它们更容易建造,环路面积更小,可以在驻波成为问题之前工作到更高的频率。然而,像其他任何东西(甚至是火炮)一样,mpg也不能被忽视,尤其是大规模的接地系统。需要进行例行维护,以对抗腐蚀、冲击和振动的影响,以及机械损伤,以防止引入不必要的高阻抗。
——罗恩·布鲁尔