關(guān)于如何設(shè)計(jì)地的知識(shí)解析

1.地的接法

對于一個(gè)信號(hào)來說，它需要尋找一條最低阻抗的電流回流到地的途徑，所以如何處理這個(gè)信號(hào)回流就變得非常的關(guān)鍵。第一，根據(jù)公式可以知道，輻射強(qiáng)度是和回路面積成正比的，就是說回流需要走的路徑越長，形成的環(huán)越大，它對外輻射的干擾也越大，所以，PCB布板的時(shí)候要盡可能減小電源回路和信號(hào)回路面積。第二，對于一個(gè)高速信號(hào)來說，提供有好的信號(hào)回流可以保證它的信號(hào)質(zhì)量，這是因?yàn)镻CB上傳輸線的特性阻抗一般是以地層（或電源層）為參考來計(jì)算的，如果高速線附近有連續(xù)的地平面，這樣這條線的阻抗就能保持連續(xù)，如果有段線附近沒有了地參考，這樣阻抗就會(huì)發(fā)生變化，不連續(xù)的阻抗從而會(huì)影響到信號(hào)的完整性。

所以，布線的時(shí)候要把高速線分配到靠近地平面的層，或者高速線旁邊并行走一兩條地線，起到屏蔽和就近提供回流的功能。第三，為什么說布線的時(shí)候盡量不要跨電源分割，這也是因?yàn)樾盘?hào)跨越了不同電源層后，它的回流途徑就會(huì)很長了，容易受到干擾。當(dāng)然，不是嚴(yán)格要求不能跨越電源分割，對于低速的信號(hào)是可以的，因?yàn)楫a(chǎn)生的干擾相比信號(hào)可以不予關(guān)心。對于高速信號(hào)就要認(rèn)真檢查，盡量不要跨越，可以通過調(diào)整電源部分的走線。

許多電磁干擾問題是由地線產(chǎn)生的，因?yàn)榈鼐€電位是整個(gè)電路工作的基準(zhǔn)電位，如果地線設(shè)計(jì)不當(dāng)，地線電位就不穩(wěn)，就會(huì)導(dǎo)致電路故障。地線設(shè)計(jì)的目的是要保證地線電位盡量穩(wěn)定，從而消除干擾現(xiàn)象。信號(hào)接地方式一般有三種：浮地、單點(diǎn)接地、多點(diǎn)接地。

1.1 浮地

目的：使電路或設(shè)備與公共地線可能引起環(huán)流的公共導(dǎo)線隔離起來，浮地還使不同電位的電路之間配合變得容易。 缺點(diǎn)：容易出現(xiàn)靜電積累引起強(qiáng)烈的靜電放電。 折衷方案：接入泄放電阻。

1.2 單點(diǎn)接地

單點(diǎn)接地:所有電路的地線接到公共地線的同一點(diǎn)，進(jìn)一步可分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。在大功率和小功率電路混合的系統(tǒng)中，切忌使用，因?yàn)榇蠊β孰娐分械牡鼐€電流會(huì)影響小功率電路的正常工作。另外，最敏感的電路要放在A點(diǎn)，這點(diǎn)電位是最穩(wěn)定的。最大的好處就是沒有地環(huán)路，相對簡單，但是地線往往過長，導(dǎo)致地線阻抗過大。

工作頻率低（<1MHz）的采用單點(diǎn)接地式

缺點(diǎn)：不適宜用于高頻場合。

根據(jù)使用情況還可以用串聯(lián)單點(diǎn)、并聯(lián)單點(diǎn)混合接地。在這種接地方式中，將電路按照特性分組，相互之間不易發(fā)生干擾的電路放在同一組，相互之間容易發(fā)生干擾的電路放在不同的組。每個(gè)組內(nèi)采用串聯(lián)單點(diǎn)接地，獲得最簡單的地線結(jié)構(gòu)，不同組的接地采用并聯(lián)單點(diǎn)接地，避免相互之間干擾。 這個(gè)方法的關(guān)鍵：絕不要使功率相差很大的電路或噪聲電平 相差很大的電路共用一段地線。

在低頻率、小功率和相同電源層之間，單點(diǎn)接地是最為適宜的，通常應(yīng)用于模擬電路之中；這里一般采用星型方式進(jìn)行連接降低了可能存在的串聯(lián)阻抗的影響。

1.3 多點(diǎn)接地

工作頻率高（>30MHz）的采用多點(diǎn)接地式（即在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路）。因?yàn)榻拥匾€的感抗與頻率和長度成正比，工作頻率高時(shí)將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線的長度盡量短。采用多點(diǎn)接地時(shí)，盡量找最接近的低阻值接地面接地。高頻率的數(shù)字電路就需要并聯(lián)接地了，在這里一般通過地孔的方式可較為簡單的處理。

PCB中的大面積敷銅接地,其實(shí)就是多點(diǎn)接地,所以單面PCB也可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)接地 ，多層PCB大多為高速電路,地層的增加可以有效提高PCB的電磁兼容性,是提高信號(hào)抗干擾的基本手段，同樣由于電源層和底層和不同信號(hào)層的相互隔離,減輕了PCB的布通率也增加了信號(hào)間的干擾。

1.4.混合接地

如果不選擇使用整個(gè)平面的作為公共的地線，比如模塊本身有兩個(gè)地線的時(shí)候，就需要進(jìn)行對地平面進(jìn)行分割，這往往與電源平面有相互作用。地之間的連接方法如下：

① 地間電路板普通走線連接：使用這種方法可以保證兩個(gè)地線之間可靠的低阻抗導(dǎo)通，但僅限于中低頻信號(hào)電路地之間的接法。

② 地間大電阻連接：大電阻的特點(diǎn)是一旦電阻兩端出現(xiàn)壓差，就會(huì)產(chǎn)生很弱的導(dǎo)通電流，把地線上電荷泄放掉之后，最終實(shí)現(xiàn)兩端的壓差為零。

③ 地間電容連接：電容的特性是直流截止和交流導(dǎo)通，應(yīng)用于浮地系統(tǒng)中。

④ 地間磁珠連接：磁珠等同于一個(gè)隨頻率變化的電阻，它表現(xiàn)的是電阻特性。應(yīng)用于快速小電流波動(dòng)的弱信號(hào)的地與地之間。

⑤ 地間電感連接：電感具有抑制電路狀態(tài)變化的特性，可以削峰填谷，通常應(yīng)用于兩個(gè)有較大電流波動(dòng)的地與地之間。

⑥ 地間小電阻連接：小電阻增加了一個(gè)阻尼，阻礙地電流快速變化的過沖；在電流變化時(shí)候，使沖擊電流上升沿變緩。

2模擬地和數(shù)字地

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)都要回流到地，因?yàn)閿?shù)字信號(hào)變化速度快，從而在數(shù)字地上引起的噪聲就會(huì)很大，而模擬信號(hào)是需要一個(gè)干凈的地參考工作的。如果模擬地和數(shù)字地混在一起，噪聲就會(huì)影響到模擬信號(hào)。一般來說，模擬地和數(shù)字地要分開處理，然后通過細(xì)的走線連在一起，或者單點(diǎn)接在一起?？偟乃枷胧潜M量阻隔數(shù)字地上的噪聲竄到模擬地上。

3星型接地

"星型"接地的理論基礎(chǔ)是電路中總有一個(gè)點(diǎn)是所有電壓的參考點(diǎn)，稱為"星型接地"點(diǎn)。我們可以通過一個(gè)形象的比喻更好地加以理解—多條導(dǎo)線從一個(gè)共同接地點(diǎn)呈輻射狀擴(kuò)展，類似一顆星。星型點(diǎn)并不一定在外表上類似一顆星—它可能是接地層上的一個(gè)點(diǎn)—但星型接地系統(tǒng)上的一個(gè)關(guān)鍵特性是：所有電壓都是相對于接地網(wǎng)上的某個(gè)特定點(diǎn)測量的，而不是相對于一個(gè)不確定的"地"。

4屏蔽層如何接地

屏蔽電纜的屏蔽層、信號(hào)包地都要接到單板的接口地上而不是信號(hào)地上，這是因?yàn)樾盘?hào)地上有各種的噪聲，如果屏蔽層接到了信號(hào)地上，噪聲電壓會(huì)驅(qū)動(dòng)共模電流沿屏蔽層向外干擾，所以設(shè)計(jì)不好的電纜線一般都是電磁干擾的最大噪聲輸出源。