PCB接地

接地时电子，电气设备或系统正常工作时必须采取的重要技术，它不仅是保护设施和人身安全的必要手段，也是已知电磁干扰，保障设备或系统电磁兼容性，提高设备或系统可靠性的重要技术措施。

“地”一般是指电路或系统的零电位参考点，直流电压的零电位点或零电位面，也可以使设备的外壳，其他金属板或金属线。

接地是电流返回其源的低阻抗通道。

地线是作为电路或系统电位基准点的等电位体，是电路和系统中各电路的公共导体。任何电路或系统的电流都需要经过地线形成回路。（事实上由于地线存在电阻，地线上个点之间的电位并不相等，如果用仪表测量一下，地线上个点的电位可能相差很大。地线的公共阻抗会使各接地点间形成一定的电压，从而产生接地干扰。

两个不同的接地点之间存在一定的电位差，成为低电压，这是由于两接地点之间的地线总有一定的阻抗，地电流流经接地公共阻抗，就在其上产生了低电压，此低电压直接加到电路上会形成共模干扰电压。

当多个电路公用一段地线时，由于存在地线阻抗Z（Z=RACjwl）电线电位会受到每个电路的工作电流的影响。一个电路的地电位会受另一个电路的工作电流的调制。这样一个电路中的信号会耦合进入另一个电路，这种耦合成为公共阻抗耦合。

接地分类：安全接地和信号接地。

安全接地是指采用低阻抗的导体将用电设备的外壳连接到大地上，使操作人员不至因

设备外壳漏电或静电放电而发生触电危险。

信号接地是指为设备和系统内部各种电路的信号电压提供一个零电位的公共参考点或面。

1. 设备安全接地：是指为了防止接触电压或跨步电压危害人身和设备安全，而设置的设备外壳接地。

2. 接零保护地 设备通常采用220V或者380V电源提供电力，设备的金属外壳除了正常接地之外，还应与电网零线相连接，成为接零保护接地。

3. 防雷接地 用电设备外壳与大地接连，将雷电电流引入大地。防雷接地常有信号（弱电）防雷地和电源（强电）防雷地之分。信号防雷电地通常在信号独立地上，并与电源防雷地分开设置。

信号接地是指为电子设备，系统内部各种电路的信号电压提供一个零电位的公共参考点或面，即在电子设备内部提供一个电位基准的导体（接地面），以保证设备工作稳定，一致电磁骚扰。

1. 敏感信号和小信号电路的接地：其包括低电平电路，小信号检测电路，传感器输入电路，前级放大电路，混频器电路等的接地。由于这些电路的工作电平低，特别容易受到电磁干扰，而出现电路失效或电路性能降级现象，所以小信号电路的接地导线应避免混杂于其他电路中。

2. 非敏感信号或打信号电路的接地 ：其包括高电平电路，末级放大电路，大功率电

路等的接地。这些电路中的电流比较大，其接地导线中的电流也比较大，容易通过接地导线耦合作用对小信号电路造成干扰，使小信号电路不能正常工作。因此，必须将其接地导线与小信号接地导线分开设置，

3. 产生强电磁骚扰的器件及设备的接地 产生强电磁骚扰的器件或设备包括电动器，继电器，开关，这类器件或设备在正常工作时，会产生冲击电流，火花等强电磁骚扰。这样的骚扰频谱丰富，瞬时电平高，会产生冲击电流，火花等强电磁骚扰。这样的干扰频谱丰富，瞬时电平高，往往使电子电路受到严重的电磁干扰，因此除了采用屏蔽技术，还必须将其接地导线与其他电子电路的接地导线分开设置。

屏蔽地，就是屏蔽网络的接地，用于抑制变化的电磁干扰。屏蔽（静电屏蔽与交变电场屏蔽）与接地配合使用才能达到屏蔽效果。

屏蔽地是为了防止电磁感应而对视/音频线的屏蔽的金属外皮，电子设备的金属外壳，屏蔽罩，进行接地的一种防护措施。

1. 电路的屏蔽罩接地。各种信号源和放大器等易受电磁辐射干扰的电路应当设置屏蔽罩。由于信号电路与屏蔽罩之间存在寄生电容，因此要将信号线路地线末端与屏蔽罩相连，以消除寄生电容的影响，并将屏蔽罩接地，以消除共模干扰。

2. 低频电路电缆的屏蔽层接地。低频电路电缆的屏蔽层接地应采用一点接地的方式，而且屏蔽层接地与电路接地点一致。对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层应在一点接地，各屏蔽层应相互绝缘。这是因为两端接地的屏蔽层为磁感应的地环路电流提供了分流，使得磁场屏蔽性能下降。

3. 高频电路电缆的屏蔽层接地。高频电路电缆的屏蔽层接地应采用多点接地的方式。当电缆长度大于工作信号波长的0.15倍时，应采用工作信号波长的0.15倍间隔多点接地式。如果不能实现，则至少将屏蔽层两端接地。

4. 系统的屏蔽体接地，当整个系统需要抵抗外界EMI，或需要防止系统对外界产生EMI时，应将整个系统屏蔽起来，并将屏蔽体接到系统地上。

设备地

1. 50Hz电源零线安全地螺栓处。对于独立设备，安全接地螺栓应设在设备金属外壳上，并有良好电连接

2. 为防止机壳带点，危机人生安全，不允许用电源零线做地线代替机壳地线。

3. 为防止高电压，大电流和强功率电路（如供电电路，继电器电路）对低电平电路（如高频电路，数字电路，模拟电路等）的干扰，应将他们分开接地。前者为功率低（强电地），后者为信号地（弱点）。信号地又分为数字地和模拟地。信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。

4. 对于信号地可设一个信号地螺栓（和设备外壳相绝缘），该信号地螺栓和安全地螺栓连接的三种方式：一是不连接，而成为浮地式，二是直接连接，成为单点接地式，三是通过一个3uF电容器连接，成为直流浮地式，交流接地式。其他的接地最后汇聚在安全地螺栓上，然后通过接地线接致低极。

系统地

系统地式为了是系统及与之相连的电子设备均能可靠的运行而设置的接地，它为电路系统各个部分，各个环节提供稳定的基准电位（一般是零电位）。系统可以连接大地，也可以仅仅是个公共点。

当该基准电位不与大地连接时，视为相对零电位。这种相对零电位不稳定，会随着外界电磁场的变化而变化，是系统参数发生变化，从而导致系统电路系统工作不稳定。

当基准点位与大地连接时，视为大地零电位。它不会随着外界电磁场的变化而变化。但是不正确的系统地反而会增加干扰。如共地干扰，地环路干扰。

设计时将电路按照信号特性分组，将相互不会产生干扰的电路放在一组，且同一组内的电路采用串联单点接地，不同组的电路采用并联单点接地。这样既解决了公共阻抗耦合的问题，又避免了地线过多的问题。当电路板上有分开的模拟地和数字地时，应将二极管（VD1和VD2）背靠背互联，以防止电路板的静电积累。

多点接地是指某一个系统中各个需要接地的电路，设备都直接接到距它最近的接地盘面上，以使接地线的长度最短，接地线的阻抗减到最小。接地平面可以使设备的地板，也可以使贯通整个系统的地导线。

因为接地引线的感康与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而增大共地阻抗产生的EMI。为了降低电路的地点为，每个电路的地线应尽可能缩短，以降低地线阻抗。

一般说来，频率在1MHz一下时可采用单点接地方式，频率高于10MHz时，应采用多点接地方式，频率在1~10MHz之间可以采用混合接地方式。

混合接地，是单点接地和多点接地的结合，一般是在单点接地的基础上，在利用电感或电容实现多点接地的。它是利用电感，电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性，使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，适用于工作在低频和高频混合频率下电路系统。

悬浮接地：就是讲电路，设备的信号接地系统与安全接地系统，结构地及其他导电物体隔离。使电路的某一部分与大地线完全隔离，从而可抑制来自接地线的干扰。采用悬浮接地的目的是将电路或设备与公共接地系统或可能引起环流的公共导线隔离开来，使得电路不受大地电性能的影响，提高电路的抗干扰性能。

悬浮接地容易在两者间造成静电积累，当电荷积累到一定程度后，在设备地与公共地间可能引起静电放电，产生干扰放电电流，通常建议将该系统接地以避免静电积累。

理想的接地要求：

1. 理想的接地应使流经地线的各个电路，设备的电流互不影响，即不使其形成地电流环路，避免使电路，设备受磁场和地电位差的影响。

2. 理想的接地导体（导线或导电平面）应是零阻抗的实体，流经接地导体的任何电流都不应该差生电压降，即各接地点间没有电位差，或者说个接地点间的电压与电路中任何功能部分的电位比较均可忽略不计。

3. 接地面应是零电位，它用作系统中各电路任何位子所有电信号的公共电位参考点。

4. 良好的接地面与布线间将有大的分布电容，而接地面本身的引线电感将很小。理论上他必须能吸收所有信号，是设备稳定工作。接地面应采用低阻抗材料制成，并且有足够

的长度，宽度和厚度，以保证在所有频率上它的两边之间均呈现低阻抗。用于安装固定式的设备的接地面，应由整块铜板或则铜网构成。

接地系统设计的一般规则

1. 为了降低地电位差，必须限制接地系统尺寸。电路尺寸小于0.05λ时爱用单点接地,大于0.15λ时采用多点接地,工作频率很宽的系统要用混合接地。对于敏感系统，接地点之间的最大距离应该不大于0.05λ。高频电路的关键是尽量减小接地线的杂散电感和分布电容，减小由它们造成的电路间的相互耦合，通常采用就近多点接地。

2. 系统内部地线分为电源地线，信号地线，屏蔽地线三大类。三类总线最后汇总到公共的参考地上。

3. 使用平衡差分电路，以尽量减少接地电路干扰的影响，在低电平的接地线必须交叉的地方，要使导线互相垂直。可以采用浮地隔离（如变压器，光电隔离）技术解决所出现啊的地线环路问题。

4. 对于那些将出现较大电流突变的电路，要有单独的接地系统或单独的接地回路，以减少对其他电路的瞬态耦合。

5. 需要用同轴电缆传输信号时，要通过屏蔽层提供信号回路。低于100kHz的地频电路可在信号源单点接地，高于100kHz的高频电路则采用多点接地技术，（0.05λ~0.1λ接一个地）

6. 所有接地线要短。 接地线要导电良好，避免高阻抗。如何接地线长度接近或等于干

扰信号波长的1/4时，其辐射能力将大大增加，接地线将成为天线。

技巧：参考面

1. 提供非常低的阻抗通路和稳定的参考电压，参考面可以为器件提供非常低的阻抗通道，提供稳定的参考电压。

2. 控制走线阻抗。（不使用参考层很难控制走线阻抗）

3. 减小回路面积。回路面积可以看做是由信号（在走线上传播）路径与回流信号路径决定的面积。由于EMI直接与面积相关，所以走线下方存在良好的，是新的连续的参考层时，EMI也最小。

4. 控制串扰。在走线之间进行隔离和使走线靠近相应的参考面是控制串扰最实际的两种方法，串扰与走线到参考面之间距离的平方成反比。

5. 屏蔽效应。参考面可以相当于一个镜像面，为那些不那么靠近边界或孔隙的元件和线条提供一定程度的屏蔽效应。即使所关心的电路不与镜像面相连，仍能达到屏蔽的效果，距离越近屏蔽效果越好。

设计0V参考面（接地面）和电源参考面时，可以实现以下功能。

1． 去耦。两个距离很近的参考面所形成的电容对高速数字电路和射频电路的去耦合是很有用的。参考面能提供的子阻抗返回通路，将减少由退偶电容及与其相关的焊接电感，引线电感产生的问题。

2． 抑制EMI，成对的参考面形成平面电容可以有效的控制由差模噪声信号和共模噪声信号导致的EMI辐射。

当两根导线之间的距离较远时（大于1cm）其互感可以忽略。将两根导线可以有效的减少中的电感量。

“20H原则“，是指要确保电源平面的边缘与接地平面（0V参考面）边缘至少缩入相当于两个平面之间层距的20倍。H是层叠层中电源平面与地平面之间的物理距离。从电流在电源和地平面之间循环的角度上看，采用“20H原则”可以改变电路板的自谐振荡率。

“20H原则”对高速数字电路和宽带区域必要的。它仅在某些特定的条件下才会提供明显的效果，包括一下几个条件，

1. 在电源总线中波动的上升/下降时间要小于1ns。

2. 电源平面要处在PCB的内部层面上，并且与它相邻的上下两个层面都为0V参考面，这两个0V参考面向外延伸距离至少要相当于它们各自与电源平面间层距的20倍。

3. 在所关心的任何频率上，电源总线结构不会产生谐振。

4. PCB的总层数至少为8层或更多。