陳俊　劉瑩　韓井玉　呂楊　韋靖　 公安部第一研究所

引言

隨著科技強警和平安城市的不斷推進，公安信息化水平不斷提高，在公共安全領域應用的安防電子裝備越來越多。在裝備前，安防電子產(chǎn)品需要對其電磁兼容性EMC進行檢測，以達到相應標準規(guī)定的要求。在檢測認證中，發(fā)現(xiàn)很多受檢設備在進行相應試驗項目過程中出現(xiàn)電磁兼容性能降低或喪失等情況，多是沒能正確使用接地技術造成的。

在電磁兼容領域，接地是一種技術，它可以在電氣或電子設備與大地或低阻抗公共參考面間提供低阻通道，使得故障電流或電磁干擾信號旁路[1,2]。同時，由于地線的阻抗作用，也會引起接地干擾。在安防電子產(chǎn)品的電磁兼容測試時發(fā)現(xiàn)由于未能正確使用接地，使得設備的電磁兼容性受到影響，進而影響產(chǎn)品的認證測試進度。因此綜合考慮接地，可以低成本提升安防電子產(chǎn)品的電磁兼容性能，更快更好地通過認證測試。

一、接地技術的分類與應用

接地中“地”的描述在不同應用環(huán)境中有不同的定義。一般來說，接地泛指大地（Earth），嚴格意義上分為兩種，即電氣地和邏輯地。電氣地是指一個電阻非常低、電容量非常大、可吸收無限電荷能力的物體，并且在吸收大量電荷后仍能保持電位不變，常與大地相連；邏輯地，又稱為“數(shù)字地”，在電子設備中，各級電路電流的傳輸、信息轉(zhuǎn)換需要一個參考電位，保證電路有統(tǒng)一的基準電位，防止浮動引起信號誤差[3,4]。邏輯地可與大地相連，也可不相連，通常是設備金屬外殼、底座、接地干線等。

工作狀態(tài)中的電子產(chǎn)品或者系統(tǒng)，包含了很多變量參數(shù)（如系統(tǒng)類型、外型、大小、方位、距離、頻率、極化方向等），因此電磁兼容技術中的接地并不是簡單易行的技術。實際應用中，由于接地可能會引出地環(huán)路和公共阻抗等干擾，使得設備或系統(tǒng)電磁兼容性能更差，因此正確合理地選擇接地方式，才是有效解決和避免產(chǎn)品或系統(tǒng)電磁兼容性出現(xiàn)不合格問題的關鍵因素。產(chǎn)品或系統(tǒng)的接地方式主要有浮動接地、單點接地、多點接地和混合接地[3]，每種接地方式都有自己的優(yōu)缺點，下面分別進行介紹。

（一）浮動接地

浮動接地是將電路或設備與公共接地或其他導電體在電氣上進行隔離，從而避免接地系統(tǒng)中存在的干擾耦合到電路，如圖1所示。浮動接地的效果取決于是否完全浮地，在工程中，要做到絕對隔離是很難的，且完全隔離有時會很危險。設備不接地，會出現(xiàn)靜電積累，當積累足夠大就會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，這是破壞性很強的騷擾源。因此，除了為防止電路或設備周圍有大的干擾外，一般不采用此接地方式。

（二）單點接地

單點接地是將系統(tǒng)中的每一個子系統(tǒng)都接入同一個接地面上，如圖2所示。單點接地在結(jié)構(gòu)上比較簡單，且對于低頻簡單電路系統(tǒng)，對防止各電路之間的干擾及回路干擾很有效。但對于高頻復雜電路系統(tǒng)，由于單點接地需要接很多根地線，且各地線之間互相耦合作用使得效果下降。

（三）多點接地

多點接地是指將系統(tǒng)中每一個接地點都直接用最短的地線接到接地平面上，有多個接地點，如圖3所示。多點接地在結(jié)構(gòu)上最簡單，且對于高頻簡單電路系統(tǒng)，由于接地線比較短，接地線之間的耦合作用及駐波會比較小，效果比較明顯。但對于低頻復雜電路系統(tǒng)，由于各接地點之間的電位不同，會引起地回路干擾使得接地效果下降。

（四）混合接地

從浮動、單點和多點接地可以看出它們各有優(yōu)缺點，混合接地就是利用它們的優(yōu)勢，在低頻時單點接地，高頻時多點接地，需要浮動時接入浮動接地，如圖4所示。

上面介紹了4種不同的接地方式，每種接地方式都有各自的優(yōu)缺點，在實際電子產(chǎn)品的設計過程中可以根據(jù)不同情況選擇合適的接地方式。正確使用，可使接地系統(tǒng)兩點之間的電位與線路中任何功能部分的電位相比較，都可以忽略不計。相反，將使寄生電壓和電流耦合進電路、組件或者設備中，使屏蔽很好的屏蔽裝置降低屏蔽效果，性能良好的濾波器不能起到濾波作用，產(chǎn)生嚴重的電磁干擾問題。

二、安防電子產(chǎn)品電磁兼容測試整改案例

隨著安防行業(yè)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品種類越來越多，應用環(huán)境越來越復雜，為了更好保證產(chǎn)品的質(zhì)量，對安防電子產(chǎn)品進行電磁兼容測試是必要的。在安防電子產(chǎn)品的電磁兼容檢測過程中會遇到電磁兼容測試不合格的情況，結(jié)合接地技術對通過式金屬探測門的靜電放電抗擾度試驗和帶指紋核驗終端的居民身份證閱讀機具輻射騷擾整改的案例分別進行分析。

（一）通過式金屬探測門的靜電放電抗擾度試驗

根據(jù)國家標準GB15210-2003《通過式金屬探測門通用技術規(guī)范》中的規(guī)定，按照GB/T 17626.2-2006《電磁兼容 試驗和測量技術靜電放電抗擾度試驗》對某公司生產(chǎn)的通過式金屬探測門進行靜電放電抗擾度試驗[6]。試驗中對人體安檢通道門裸露在外的金屬螺釘進行接觸放電，放電點位如圖5所示，對人體安檢通道門的電子顯示屏和電源開關等進行空氣放電。在對產(chǎn)品裸露在外的螺釘進行±4kV接觸放電過程中，產(chǎn)品上端顯示系統(tǒng)不能正常顯示，按照通過式金屬探測門的標準要求，靜電放電抗擾度試驗不符合國家標準要求。

根據(jù)此產(chǎn)品情況進行分析，由于產(chǎn)品外殼為塑料材質(zhì)，將設備連接在一起裸露在外面的金屬螺絲釘并未與設備交流電源的地進行有效連接。因此在進行接觸放電的靜電放電過程中，靜電槍發(fā)射出的電荷沒有流到大地路徑，而是通過金屬螺絲釘直接流向設備內(nèi)部，從而對設備主板產(chǎn)生干擾，出現(xiàn)顯示系統(tǒng)不能正常顯示的現(xiàn)象。

經(jīng)過上面的分析，對通過式金屬探測門的整體支撐點、電路板、外殼金屬連接螺絲釘分別提供分開的接地線，并與安全地進行單點接地。整改完成后，對設備再進行接觸放電的靜電放電干擾，試驗中設備的顯示系統(tǒng)和功能處于正常工作狀態(tài)。為了進一步驗證整改效果，將接觸放電的電壓調(diào)整到±8kV，試驗中設備的顯示系統(tǒng)和功能處于正常工作狀態(tài)。

（二）居民身份證閱讀機具的輻射騷擾整改案例

根據(jù)CSP-V05-001:2013《社會公共安全產(chǎn)品認證實施規(guī)則 居民身份證閱讀機具產(chǎn)品認證規(guī)則》的要求，按照GB/T 9254-2008《信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法》規(guī)定的限值和測量方法[6]對某公司生產(chǎn)的帶有指紋驗證模塊的居民身份證閱讀機具進行輻射騷擾測試。測試結(jié)果如圖6所示，圖中有兩個頻點（244.97MHz、254.98MHz）測得值分別為66.8dBuV/m和59.0dBuV/m，超過A級騷擾限值。

根據(jù)電磁場理論及傅立葉變化，輻射騷擾測試中窄帶脈沖騷擾的頻率一般是產(chǎn)品晶振頻率的倍頻，因此對超出A級限值的兩個頻點進行計算分析，發(fā)現(xiàn)兩個頻點不是居民身份證閱讀機具工作頻率13.56MHz的倍頻，但兩個頻點之間的頻率差值接近為10MHz，恰好為指紋核驗終端的晶振頻率。查看居民身份證閱讀機具和指紋核驗終端的電路圖發(fā)現(xiàn)，在指紋核驗終端與閱讀器主板連接的地線上連接了一個磁珠，此磁珠增加地環(huán)路的阻抗，使得居民身份證閱讀機具和指紋核驗終端的地線之間形成電壓差，從而將指紋核驗終端的干擾信號通過地線輻射出來，使得輻射騷擾測試結(jié)果不符合A限值要求。居民身份證閱讀機具與指紋核驗終端之間連線的電路如圖7所示，圖中用橢圓形區(qū)域圈出地線上的磁珠LB6。

根據(jù)上面的分析，將居民身份證閱讀機具與指紋核驗終端之間連線的地線上的磁珠LB6去掉，連接好設備后重新進行測試，測試結(jié)果如圖8所示。從圖中可以發(fā)現(xiàn)設備可以符合B級限值要求，且整改前超出A級限值測試點的測試值減少至少20dB。

三、結(jié)論

通過上面的分析可知，設備或系統(tǒng)的接地方式有很多種，每種接地方式都有優(yōu)缺點，在實際產(chǎn)品的設計過程中，可根據(jù)實際需求進行選擇。同時，通過兩個實際的安防電子案例發(fā)現(xiàn)，地線的合理使用非常重要，為安防企業(yè)在今后的產(chǎn)品設計提供一定指導，可以更好地完成認證檢測工作，同時使得安防電子產(chǎn)品在實際使用過程中具有更好的性能穩(wěn)定性，從而保證人員和設備的安全。