1．地線的定義
什麼是地線？大家在教科書上學的地線定義是：地線是作為電路電位基準點的等電位體。這個定義是不符合實際情況的。實際地線上的電位並不是恆定的。如果用儀表測量一下地線上各點之間的電位，會發現地線上各點的電位可能相差很大。正是這些電位差才造成了電路工作的異常。電路是乙個等電位體的定義僅是人們對地線電位的期望。henry 給地線了乙個更加符合實際的定義，他將地線定義為：訊號流回源的低阻抗路徑。這個定義中突出了地線中電流的流動。按照這個定義，很容易理解地線中電位差的產生原因。因為地線的阻抗總不會是零，當乙個電流通過有限阻抗時，就會產生電壓降。因此，我們應該將地線上的電位想象成象大海中的波浪一樣，此起彼伏。
2．地線的阻抗
談到地線的阻抗引起的地線上各點之間的電位差能夠造成電路的誤動作，許多人覺得不可思議：我們用歐姆表測量地線的電阻時，地線的電阻往往在毫歐姆級，電流流過這麼小的電阻時怎麼會產生這麼大的電壓降，導致電路工作的異常。要搞清這個問題，首先要區分開導線的電阻與阻抗兩個不同的概念。電阻指的是在直流狀態下導線對電流呈現的阻抗，而阻抗指的是交流狀態下導線對電流的阻抗，這個阻抗主要是由導線的電感引起的。任何導線都有電感，當頻率較高時，導線的阻抗遠大於直流電阻，表1 給出的資料說明了這個問題。在實際電路中，造成電磁干擾的訊號往往是脈衝訊號，脈衝訊號包含豐富的高頻成分，因此會在地線上產生較大的電壓。對於數位電路而言，電路的工作頻率是很高的，因此地線阻抗對數位電路的影響是十分可觀的。
表1 導線的阻抗（ω）：
頻率hz d = 0.65
10cm 1m d = 0.27
10cm 1m d = 0.065
10cm 1m d = 0.04
10cm 1m 10 51.4m 517m 327m 3.28m 5.29m 52.9m 13.3m 133m 1k 429m 7.14m 632m 8.91m 5.34m 53.9m 14m 144m 100k 42.6m 712m 54m 828m 71.6m 1.0 90.3m 1.07 1m 426m 7.12 540m 8.28 714m 10 783m 10.6 5m 2.13 35.5 2.7 41.3 3.57 50 3.86 53 10m 4.26 71.2 5.4 82.8 7.14 100 7.7 106 50m 21.3 356 27 414 35.7 500 38.5 530 100m 42.6 54 71.4 77 150m 63.9 81 107 115
如果將10hz時的阻抗近似認為是直流電阻，可以看出當頻率達到10mhz 時，對於1公尺長導線，它的阻抗是直流電阻的1000 倍至10萬倍。因此對於射頻電流，當電流流過地線時，電壓降是很大的。從表上還可以看出，增加導線的直徑對於減小直流電阻是十分有效的，但對於減小交流阻抗的作用很有限。但在電磁相容中，人們最關心的交流阻抗。為了減小交流阻抗，乙個有效的辦法是多根導線併聯。當兩根導線併聯時，其總電感l為：
l = ( l1 + m ) / 2
式中，l1 是單根導線的電感，m是兩根導線之間的互感。從式中可以看出，當兩根導線相距較遠時，它們之間的互感很小，總電感相當於單根導線電感的一半。因此我們可以通過多條接地線來減小接地阻抗。但要注意的是，多根導線之間的距離不能過近。
3．地線干擾機理
3.1地環路干擾
圖1是兩個接地的電路。由於地線阻抗的存在，當電流流過地線時，就會在地線上產生電壓。當電流較大時，這個電壓可以很大。例如附近有大功率用電器啟動時，會在地線在中流過很強的電流。這個電流會在兩個裝置的連線電纜上產生電流。由於電路的不平衡性，每根導線上的電流不同，因此會產生差模電壓，對電路造成影響。由於這種干擾是由電纜與地線構成的環路電流產生的，因此成為地環路干擾。地環路中的電流還可以由外界電磁場感應出來。
3.2公共阻抗干擾
當兩個電路共用一段地線時，由於地線的阻抗，乙個電路的地電位會受另乙個電路工作電流的調製。這樣乙個電路中的訊號會耦合進另乙個電路，這種耦合稱為公共阻抗耦合。
在數位電路中，由於訊號的頻率較高，地線往往呈現較大的阻抗。這時，如果存在不同的電路共用一段地線，就可能出現公共阻抗耦合的問題。圖3 的例子說明了一種干擾現象。圖3 是乙個有四個閘電路組成的簡單電路。假設門1的輸出電平由高變為低，這時電路中的寄生電容（有時門2 的輸入端有濾波電容）會通過門1向地線放電，由於地線的阻抗，放電電流會在地線上產生尖峰電壓，如果這時門3 的輸出是低電平，則這個尖峰電壓就會傳到門3的輸出端，門4的輸入端，如果這個尖峰電壓的幅度超過門4 的雜訊門限，就會造成門4的誤動作。
4．地線干擾對策
4.1地環路對策從地環路干擾的機理可知，只要減小地環路中的電流就能減小地環路干擾。如果能徹底消除地環路中的電流，則可以徹底解決地環路干擾的問題。因此我們提出以下幾種解決地環路干擾的方案。
a. 將一端的裝置浮地如果將一端電路浮地，就切斷了地環路，因此可以消除地環路電流。但有兩個問題需要注意，乙個是出於安全的考慮，往往不允許電路浮地。這時可以考慮將裝置通過乙個電感接地。這樣對於50hz的交流電流裝置接地阻抗很小，而對於頻率較高的干擾訊號，裝置接地阻抗較大，減小了地環路電流。但這樣做只能減小高頻干擾的地環路干擾。另乙個問題是，儘管裝置浮地，但裝置與地之間還是有寄生電容，這個電容在頻率較高時會提供較低的阻抗，因此並不能有效地減小高頻地環路電流。
b. 使用變壓器實現裝置之間的連線利用磁路將兩個裝置連線起來，可以切斷地環路電流。但要注意，變壓器初次級之間的寄生電容仍然能夠為頻率較高的地環路電流提供通路，因此變壓器隔離的方法對高頻地環路電流的抑制效果較差。提高變壓器高頻隔離效果的乙個辦法是在變壓器的初次級之間設定遮蔽層。但一定要注意隔離變壓器遮蔽層的接地端必須在接受電路一端。否則，不僅不能改善高頻隔離效果，還可能使高頻耦合更加嚴重。因此，變壓器要安裝在訊號接收裝置的一側。經過良好遮蔽的變壓器可以在1mhz以下的頻率提供有效的隔離。
c. 使用光隔離器另乙個切斷地環路的方法是用光實現訊號的傳輸。這可以說是解決地環路干擾問題的最理想方法。用光連線有兩種方法，一種是光耦器件，另一種是用光纖連線。光耦的寄生電容一般為2pf，能夠在很高的頻率提供良好的隔離。光纖幾乎沒有寄生電容，但安裝、維護、成本等方面都不如光耦器件。
d. 使用共模扼流圈在連線電纜上使用共模扼流圈相當於增加了地環路的阻抗，這樣在一定的地線電壓作用下，地環路電流會減小。但要注意控制共模扼流圈的寄生電容，否則對高頻干擾的隔離效果很差。共模扼流圈的匝數越多，則寄生電容越大，高頻隔離的效果越差。
4.2消除公共阻抗耦合
消除公共阻抗耦合的途徑有兩個，乙個是減小公共地線部分的阻抗，這樣公共地線上的電壓也隨之減小，從而控制公共阻抗耦合。另乙個方法是通過適當的接地方式避免容易相互干擾的電路共用地線，一般要避免強電電路和弱電電路共用地線，數位電路和模擬電路共用地線。如前所述，減小地線阻抗的核心問題是減小地線的電感。這包括使用扁平導體做地線，用多條相距較遠的併聯導體作接地線。對於印刷線路板，在雙層板上布地線網格能夠有效地減小地線阻抗，在多層板中專門用一層做地線雖然具有很小的阻抗，但這會增加線路板的成本。通過適當接地方式避免公共阻抗的接地方法是併聯單點接地，如圖4 所示。並聯接地的缺點是接地的導線過多。因此在實際中，沒有必要所有電路都併聯單點接地，對於相互干擾較少的電路，可以採用串聯單點接地。例如，可以將電路按照強訊號，弱訊號，模擬訊號，數碼訊號等分類，然後在同類電路內部用串聯單點接地，不同型別的電路採用併聯單點接地。
5．小結
地線造成電磁干擾的主要原因是地線存在阻抗，當電流流過地線時，會在地線上產生電壓，這就是地線雜訊。在這個電壓的驅動下，會產生地線環路電流，形成地環路干擾。當兩個電路共用一段地線時，會形成公共阻抗耦合。解決地環路干擾的方法有切斷地環路，增加地環路的阻抗，使用平衡電路等。解決公共阻抗耦合的方法是減小公共地線部分的阻抗，或採用併聯單點接地，徹底消除公共阻抗.
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