PCB 地与金属机壳采用阻容连接的原因

电子产品接地问题一直是电子行业中备受关注的重要话题，本文聚焦于其中的一个细分领域，着重探讨金属外壳与电路板的接地问题。在众多系统设计里，我们常常能看到这样的设计：将 PCB 板的地（GND）与金属外壳（EGND）之间通过一个高压电容 C1（1~100nF/2KV）并联一个大电阻 R1（1M）进行连接。那么，究竟为何要如此设计呢？

从专业的电子知识角度来看，电容和电阻在这个连接中分别发挥着关键作用。

电容的作用

从 EMS（电磁抗扰度）方面考虑，在确保 PE 与大地可靠连接的前提下，该电容的主要作用是降低可能存在的、以大地电位作为参考的高频干扰信号对电路产生的影响，从而有效抑制电路与干扰源之间瞬间共模电压差。理想情况下，将 GND 直接连接到 PE 是最好的选择，但在实际情况中，直连可能会面临操作困难或者存在安全隐患。例如，经过整流桥后产生的 GND 就无法直接连接 PE。因此，设计出一条低频信号无法通过，而高频信号可以通过的通路就显得尤为重要。从 EMI（电磁干扰）的角度而言，若存在与 PE 相连接的金属外壳，这条高频通道的存在能够防止高频信号辐射至外部环境。

电容具有通交流阻直流的特性。假设机壳良好连接大地，从电磁抗扰度角度来说，该电容能够抑制高频干扰源和电路之间的动态共模电压；从 EMI 角度来看，电容形成了高频路径，电路板内部产生的高频干扰会经电容流入机壳进入大地，避免了高频干扰形成的天线辐射。另一种情况，假设机壳没有可靠接大地（如没有地线，接地棒环境干燥），则外壳电势可能不稳定或有静电，如果电路板直接接外壳，就会打坏电路板芯片。此时加入电容，能把低频高压、静电等隔离起来，保护电路板。一般来说，这个并联电容应该选用 Y 电容或高压薄膜电容，容值在 1nF~100nF 之间。

图 1 原理图示意

图 2 实际 PCB

电阻的作用

这个电阻的主要作用是有效防止 ESD（静电释放）对电路板造成损害。若仅采用电容将电路板地与外壳地相连，电路板便构成一个浮地体系。在进行 ESD 测试时，或者在复杂电磁场环境下使用，电荷注入电路板后难以得到有效释放，进而会积累。当积累到一定程度，超出电路板及外壳间绝缘最薄弱点能够承受的电压值，便会引发放电现象。在极短时间内，电路板上可产生数十至数百安培的电流，这可能导致电路由于电磁脉冲而停止运行，或是破坏放电部位附近的连接元器件。若加装此阻抗件，便可逐步释出电荷并消除高压。根据 IEC61000 的 ESD 测试标准，每次放电需在 10 秒钟内完成 2 千伏电压的释放，故一般建议选用 1 兆欧至 2 兆欧的电阻。若外壳带有高压静电，此高阻抗元件也能有效降低电流，从而避免电路芯片受损。

需要注意的问题

在实际的电子设备设计和使用过程中，还需要注意以下几个方面的问题：

1.如果设备外壳良好接大地，那 PCB 应该也与外壳良好的单点接地，这个时候工频干扰会通过外壳接地消除，对 PCB 也不会产生干扰。

2.如果设备使用的场合可能存在安全问题时，那必须将设备外壳良好接地。

3.为了取得更好效果，建议是设备外壳尽量良好接地，PCB 与外壳单点良好接地。当然如果外壳没有良好接地，那还不如把 PCB 浮地，即不与外壳连接。因为 PCB 与大地如果是隔离的（所谓浮地），工频干扰回路阻抗极大，反而不会对 PCB 产生什么干扰。

4.在多个设备需互相连接时，应当尽量确保每个设备外壳均与大地在单点进行良好接地，同时每个设备内部 PCB 也应与其壳体在单点进行接地。

5.然而，若在多个设备彼此连接时，设备外壳无法实现良好接地，那么将其转为浮地状态，内部 PCB 无需与外壳接地反而更为适宜。

6.机壳地可能并非理想的接地选择，例如在配电网中未遵守相关安全规定，无地线存在；或者是接地棒周围土壤过于干燥，接地螺栓出现锈蚀或松动的情况。

7.电子设备的工作环境中往往存在电磁干扰，如大功率变压器、大功率电机、电磁电炉、高压电网谐波等。

8.PCB 内部也会产生高频噪声，如高频开关管、二极管、储能电感、高频变压器等。这些干扰因素都会导致 PCB 的信号地和机壳的电势波动（同时含有高频低频成分），或者二者之间存在静电。所以对它们进行良好可靠的接地处理是非常必要的，这也是产品安规的要求。

PCB 地与金属机壳采用阻容连接是为了更好地应对各种电磁干扰和静电问题，保障电子设备的稳定运行和安全性。在实际的设计和应用中，需要根据具体的情况进行合理的选择和处理。