EMC與地：來重新認識一下地

記得在Mark的培訓中，他手上拿了一個無線鼠標，然后問了一個很有意思的問題：“這個無線鼠標的地在哪里？同樣，我們的手機沒有和任何大地有接觸，那么這個地又在哪里呢？”這個問題確實很有意思，也確實讓人很難回答。對于這個問題，我們平時對于地的一些理解和印象好像全都崩塌了，到底什么是地呢？

這是一個現(xiàn)實的問題，越是熟悉的事物反而越是難以去深入理解，比如“地”，在PCB設計中能真正弄清楚“地”的人并不多，如數(shù)字地、模擬地、信號地、機殼地、電源地、防雷地、共模地、安全地、參考地、大地、RF地、靜電地、防護地、單點地以及多點地等等，要把地的問題說清楚確實不容易，帶著這個問題，高速先生試著和大家一起也來重新認識一下地，有些理解不對的也請大家指正。

“地”這個詞本身是模糊的而且不表達任何特定的電氣工程含義，對應不同的人含義也不一樣。對應邏輯工程師，“地”意味著邏輯電路及器件的參考電平；對于系統(tǒng)及結構工程師，“地”意味著金屬外殼或機架（殼）；對于電工人員來說，“地”意味著符合國家電氣規(guī)程的安全連接的第三條線；對于飛行員來說“地”意味著當不飛行時承載他們飛機的物體；對于農民來說“地”是他們種莊稼的地方；對于無家可歸的流浪漢來說“地”是他們晚上睡覺的地方、、、、、、太多的“地”了，所以對于“地”的正確理解取決于你是誰，你所從事的行業(yè)以及你所問的人。

我們現(xiàn)在和大家討論的是PCB行業(yè)中的“地”，回到文章開始Mark的問題，手機或者無線鼠標的“地”在哪里呢？如果我們不用“地”而用參考這個概念，那么這個問題就不攻自破了。所有以電壓電平為工作特性的電氣設備都需要有參考，也就是說電壓電平都是相對于這個參考來說的，而這個參考絕大多數(shù)情況下是0v，最后大家約定俗成的把這個0v參考叫成了“地”，事實上也沒有更貼切的其他叫法了，但是在我們的電氣產品里這個“地”其實很多時候是不存在的，比如我們前面說過的無線鼠標，手機等。

對于一個3．3V的數(shù)字信號，這個3．3V電平就是相對于0v參考而言的，而我們的設計者就需要盡量保證這個參考電平足夠的穩(wěn)定，這樣我們的信號電平就不會隨著這個基準電平而偏離，一旦偏離就會出現(xiàn)不可預期的信號完整性問題以及額外的共模電流，這種電壓電平的波動或偏離通常和“地彈”效應相關，事實上叫平面彈更合適點，因為這種回彈通常會發(fā)生在電壓電平及參考電平上。

此外“地”的叫法對于RF信號來說也是比較讓人困惑的。當RF電流參考回路在傳輸線上傳輸時，是不需要通過電源或地來參考作為回流的，它可以通過自由空間或者任何金屬導體傳輸，這個時候就沒有所謂的“地”了。

對于一般的數(shù)字信號，用參考的說法其實也是更準確的，信號通過這個參考來達到回流的目的。關于回流，并不只有“地”才可以回流，實際上一切皆可回流，包括地、電源以及旁邊的信號，只是需要考慮信號和回流之間構成的電磁場是有益還是有害，我們后續(xù)會有更詳細的文章來解釋。而通常參考本身的不同這個“地”的叫法也不同，這就出現(xiàn)了我們前面說的各種地的叫法，如信號地，數(shù)字地，模擬地，電源地等等，所以“地”本身的叫法應該在前面再加上一個形容詞，用來表示它的參考類型或者接地系統(tǒng)，這樣看來其實“地”還是很復雜的。

在工程實踐中，我們經(jīng)常會被大家問到：數(shù)字地和模擬地是分割好還是不分割好？信號地和機殼地是用0歐姆電阻連接還是用磁珠、電容連接好？類似的關于不同地的問題一直以來都是大家比較迷惑的也是沒有權威肯定的答復，就像“地”本身的多樣化一樣，取決于“地”本身的作用，三言兩語也說不清楚，所以在接下來我們會有專題來討論。

回到EMC培訓，Mark的觀點其實很清楚了，那就是地在PCB里是不存在的，它只是0v參考的符號象征。除非我們的設計或應用在操作上需要區(qū)分數(shù)字和模擬電路，且需要將兩者彼此分割，或者需要從0v參考地區(qū)分不同的功能區(qū)域如機殼和ESD地，而且就算在同一系統(tǒng)里使用不同的地，在系統(tǒng)的某個地方也需要將這幾種不同的地連接起來，并且需要EMC工程師來保障相關的連接是否可行。除此之外其他的設計都建議大家使用一個地的符號來表示0v參考。下圖是幾個常見地的表示符號及功能應用解釋，注意數(shù)字和模擬地用的是回流來形容而不是地。

總而言之，除了一些特定的產品，在PCB中我們需要關注的并不是“地”而是參考或者回流。