預習思考題

你在設計產品時，PCB上的信號地與金屬機箱連接嗎，你根據什么決定他們怎樣連接？

PCB板上的信號地與屏蔽機箱的連接方式之所以會影響機箱的電磁屏蔽效能，主要是因為PCB板上的信號地的電流會有一部分分流到金屬機箱的面板上。

如果金屬機箱上有孔洞、縫隙之類的導電不連續部位，這些部位就會產生電磁輻射。這個道理與孔洞、縫隙的電磁泄漏相同，只不過在那里，面板表面的電流是電磁場感應出來的，這里是由PCB直接注入的。

在建造屏蔽室時，如果兩塊金屬板之間的焊縫沒有焊好，就會產生電磁泄漏。因此，屏蔽室完成后，在外部裝修之前，需要對每個焊縫進行檢查。

一種方法就是，從屏蔽室的某個面（例如頂面）的對角位置注入一個交流電流，然后用一個電磁場泄漏探頭沿著焊縫檢測，哪里能夠檢測到泄漏電磁場，哪里的焊縫就可能有問題。

我們用這個實驗來觀察地線電流的情況。

這個實驗裝置，我們并不陌生，在研究共模電流問題時見過。

左圖是實驗裝置。一個電路的地線通過一個點，或者兩個點與金屬機箱的面板連接。我們觀察流過機箱金屬面板的電流。

在電路上有兩個電流探頭，其中P2檢測到的是流過金屬機箱面板的電流。

右邊的兩個圖分別是電路一點接地（開關斷開）和兩點接地（開關閉合）時流過金屬機箱面板的電流波形（最下邊的紅色波形）。

可以看到，接地狀態不同，電流的波形完全不同。因此，面板上有孔洞、縫隙等，他們的電磁輻射也肯定不同。

我們再進一步分析一下PCB地線接地與機箱泄漏的關系。

前面論述了PCB接地狀態對機箱電磁泄漏的影響所產生的機理，是因為一部分地線電流被分流到了金屬機箱的面板上。

這種分流效應與什么因素有關呢？如果了解了影響電流分流的因素，我們就可以通過控制這些因素，來減小分流到機箱上的電流，從而減小泄漏。

圖中，電流I2與電流I3的比值取決于I1-I2回路的阻抗，與I1-I3回路的阻抗，之間的比值。如果I1-I2回路的阻抗遠小于I1-I3回路的阻抗，則電流I3可以很小。

為了減小I1-I2回路的阻抗，我們應該盡量減小I1-I2回路的面積。前面，我們已經討論了控制回路面積對于降低差模輻射的重要性，這里又看到，控制回路面積可以減小地線電流向機箱面板分流。

另外，當電流I2流過PCB板上的地線時，會形成一個電壓V，這個電壓也會在機箱面板上產生電流，這也是一個泄漏源。因此，盡量降低PCXB板上地線的阻抗也是十分重要的。

我們把前面的單塊PCB的場合擴展到兩塊PCB互連的情況。

如左圖所示。兩塊PCB通過一根電纜互連，兩塊PCB上的信號地都與金屬機箱的面板連接。

這時發生的情況與單塊PCB的情況類似，但是往往更加嚴重。

一方面，由于電纜中的信號線的回路面積往往比線路板上的信號回路面積大，因此具有較高的阻抗，這會導致更多的電流分流到機箱面板上。

另一方面，互連導線上往往會有更大的共模電流，這些共模電流也會經過機箱面板。

因此，我們在機箱內部進行電纜的鋪設時，要避免電纜跨過孔洞和縫隙，這會導致嚴重的泄漏。

右圖是一個實際的機箱內部電纜的情況，可以看到大量的電纜跨過縫隙，這個機箱會產生較嚴重的電磁泄漏。

前面我們從金屬機箱對PCB地線電流的分流的角度分析了PCB接地狀態對機箱泄漏的影響。

PCB接地的位置對機箱的泄漏也會有一定的影響。具體情況如下。

如圖所示，一塊PCB上面外拖了一條電纜，這根電纜穿過機箱。

可以看到PCB上有兩個可以接地的位置，一個是接地點1，另一個是接地點2.。由于PCB板上的地線噪聲電壓，當PCB在接地點1接地時，電纜上的共模電流會比在接地點2接地時更大，因此，導致的電磁泄漏也更大。

電纜上的共模電流會導致三種電磁泄漏。

第一種，如圖中所示的，電纜上的共模電流通過面板形成回路，如果面板上的孔洞、縫隙，就會產生泄漏。

第二種，電纜穿過機箱面板，產生輻射發射。

第三種，這根電纜的旁邊，有另外的穿過機箱面板的電纜，由于空間耦合的作用，使另外的電纜也產生更強的輻射。如右圖所示，在一個面板上，往往會有很多電纜。

請大家記住一個PCB設計規則，這就是PCB應該在連接I/O電纜的位置設置接地點。