跳至内容
在带有金属外壳的电子产品里经常有这样的设计：PCB内部电路的参考地GND与金属外壳PGND之间跨接了1M电阻和1nF耐压2KV的电容。这个电路很常用，但是很少有人能清楚解释其中的设计依据。
要真正搞懂这个接地设计，首先要建立一个典型的电路模型；如下图所示，有两台金属外壳的设备。由于安全规范的要求，需要将金属机壳”接地”，这里的”地”一般是市电3脚插座的PE脚，也叫”大地”，电线颜色是半黄半绿，设备之间用屏蔽线束连接。
注意： 为简洁起见，图中省略了电源，实际设备都需要接220V市电
可以看到，设备金属的外壳、线束、接地线、大地之间构成了一个环路。当设备附近存在大型电机、电台、逆变器、微波炉等强干扰源时，变化的电磁场穿过这个环路将会产生感应电流。
同样的道理，由于PCB金属平面与金属机壳之间存在一个寄生电容，所以PCB的GND与金属机壳、大地、线束之间也构成了一个回路，外界有电磁干扰时也会在GND平面以及线束上产生干扰电流，从而将外部的干扰引入了电路内部。
假设PCB大小是10X10cm,PCB板与金属机壳平行距离是1cm，根据平行板电容计算公式C=ε*s/4πkd,可以计算出寄生电容大约为8.854pF。以1MHz的电磁干扰信号为例，电容阻抗公式为X=1/jωc，代入8.854pF和1M频率计算得到此时电容阻抗为17.98kΩ。
这个17.98kΩ阻抗远远大于线束和GND平面的阻抗，电磁干扰产生的电压几乎全部落在PCB金属平面与金属机壳之间，这个噪声电压将会干扰设备内部电路的敏感信号。
当我们主动加入1nF电容的情况下，在1M频率下的阻抗值大约为 159Ω。
此时在电容两端产生的干扰电压将会远远小于未增加电容时的干扰电压，PCB内部电路受外界干扰的影响也更小。
1.为什么要用1MΩ 1206尺寸以上的电阻连接？
用1M电阻是为了将静电导入到金属机壳和大地上，防止电荷在PCB上积累。同时也保证机壳上的静电优先流入大地，尽量不流入PCB。因为静电的电压比较高，所以一般用大尺寸的型号，能承受更高的瞬间功率。
从原理上来说，GND直连金属机壳PGND是最好的，但是操作人员接触到了GND，如果接地线断了，将会有触电风险。因此使用1M电阻连接GND与PGND，同时满足安全规范和静电释放的要求。
加入电容是为了降低回路的整体阻抗，降低信号地与机壳地之间的高频电势差（这个电势差常常是很多辐射问题的共模激励源）。与问题1类似，基于安全的考虑，电容值不宜过大，需要参考安规Y电容的取值范围，由于安全规范要求漏电流要小于 0.25 mA ，因此Y电容的取值一般在1nF~4.7nF之间。耦合电容选用1nF属于是一种比较保守的设计。
耐压选择2KV以上是因为电容并联在了1M电阻上，在泄放静电时电容两端也需要承受较高的电压，因此不能选用50V或者100V耐压的电容。