各種接地概念、方法

一、地的分類工程師在設計電路時，為防止各種電路在電路正常工作中產生互相干擾，使之能相互兼容地有效工作。根據電路的性質，將電路中“零電位”———“地”分為不同的種類，比如按交直流分為直流地、交流地，按參考信號分為數字地（邏輯地）、模擬地，按功率分為信號地、功率地、電源地等，按與大地的連接方式分為系統地、機殼地（屏蔽地）、浮地。不同的接地方式在電路中應用、設計和考慮也不相同，應根據具體電路分別進行設置。

1 信號地信號地（SG）是各種物理量的傳感器和信號源零電位以及電路中信號的公共基準地線（相對零電位）。此處信號一般指模擬信號或者能量較弱的數字信號，易受電源波動或者外界因素的干擾，導致信號的信噪比（SNR）下降。特別是模擬信號，信號地的漂移，會導致信噪比下降；信號的測量值產生誤差或者錯誤，可能導致系統設計的失敗。因此對信號地的要求較高，也需要在系統中特殊處理，避免和大功率的電源地、數字地以及易產生干擾地線直接連接。尤其是微小信號的測量，信號地通常需要采取隔離技術。

2 模擬地模擬地（AG）是系統中模擬電路零電位的公共基準地線。由于模擬電路既承擔小信號的處理，又承擔大信號的功率處理；既有低頻的處理，又有高頻處理；模擬量從能量、頻率、時間等都很大的差別，因此模擬電路既易接受干擾，又可能產生干擾。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設更要充分考慮。減小地線的導線電阻，將電路中的模擬和數字部分開，在PCB布線的時候，模擬地和數字地應盡量分開，最后通過電感濾波和隔離，匯接到一起。如圖4-1所示。

3 數字地

數字地（DG）是系統中數字電路零電位的公共基準地線。由于數字電路工作在脈沖狀態，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時，會在電源系統中產生比較大的毛刺，易對模擬電路產生干擾。所以對數字地的接地點選擇和接地線的敷設也要充分考慮。盡量將電路中的模擬和數字部分分開，在PCB布線的時候，模擬地和數字地應盡量分開，最后通過電感，匯接到一起.

4 懸浮地懸浮地（FG）是系統中部分電路的地與整個系統的地不直接連接，而是通過變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態。該部分電路的電平是相對于自己“地”的電位。常用在小信號的提取系統或者強電和弱點混合系統中。

其優點是該電路不受系統中電氣和干擾的影響；缺點是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動和增加對模擬電路的感應干擾。由于該電路的地與系統地沒有連接，易產生靜電積累而導致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強烈的干擾c 因此，懸浮地的效果不僅取決于懸浮地絕緣電阻的大小，而且取決于懸浮地寄生電容的大小和信號的頻率。

在圖4-2所示的VDD-SGND的電源供電系統中，所有工作點相對的地都是SGND，但是SGND和DGND之間是電平處于懸浮狀態，VDD-SGND的電源供電的系統與整個系統的連接*通過變壓器耦合，在這里設計的時候需要注意信號的連接方式。

5 電源地電源地是系統電源零電位的公共基準地線。由于電源往往同時供電給系統中的各個單元，而各個單元要求的供電性質和參數可能有很大差別，因此既要保證電源穩定可靠的工作，又要保證其他單元穩定可靠地工作。同時，電源系統功耗比大，在單層板或者雙層板中地線的線寬必須加粗（參考計算公式見式（4-1）。若在多層板中，則應以一層或者多層作為系統的地平面。

6 功率地功率地是負載電路或功率驅動電路的零電位的公共基準地線。由于負載電路或功率驅動電路的電流較強、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大，因此功率地必須與其他弱電地分別設置、分別布線，以保證整個系統穩定可靠地工作。

二、接地方式在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環流對干擾影響較大，因而應采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應盡量降低地線阻抗，應采用就近多點接地。當工作頻率在1MHz~10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應超過波長的1-20，否則應采用多點接地法。工作接地按工作頻率而采用如圖4-3所示幾種接地方式。

（一）單點接地

工作頻率低（<1MHz）的采用單點接地式（即把整個電路系統中的一個結構點看作接地參考點，所有對地連接都接到這一點上，并設置一個安全接地螺栓），以防兩點接地產生共地阻抗的電路性耦合。多個電路的單點接地方式又分為串聯和并聯兩種（如圖4-4所示）。由于串聯接地產生共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路最好采用并聯的單點接地式。

為防止工頻和其他雜散電流在信號地線上產生干擾，信號地線應與功率地線和機殼地線相絕緣，且只在功率地、機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連（浮地式除外）。

地線的長度與截面的關系為：

（二）多點接地工作頻率高（>10MHz）的采用多點接地式（如圖4-5所示）。在該電路系統中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路。因為接地引線的感抗與頻率和長度成正比，工作頻率高時將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產生的電磁干擾，所以要求地線的長度盡量短。采用多點接地時，盡量找接近的低阻值接地面接地。此處電路板最好設計為多層電路（4層以上），提供一層作為地平面。 

（三）混合接地

工作頻率介于1MHz~10MHz, 的電路采用混合接地式。當接地線的長度小于工作信號波長的1/20時，采用單點接地式，否則采用多點接地式。根據系統的需求和電路的需要進行合理的安排。

（四）懸浮接地懸浮接地是系統的地與大地不直接連接，而是通過變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態。懸浮接地應注意以下幾點：（1）盡量提高浮地系統的對地絕緣電阻，從而有利于降低進入浮地系統中的共模干擾電流，保證系統的可靠性。（2）注意浮地系統對地存在的較大寄生電容，高頻干擾信號通過寄生電容仍然可能耦合到浮地系統之中，在設計時一定要注意。（3）懸浮接地技術必須與屏蔽、隔離等電磁兼容性技術相互結合應用，才能收到更好的預期效果。（4）采用浮地技術時，系統容易積累靜電，當靜電積累到一定應程度后，可以對人和設備產生很多的損害，所以要注意靜電和電壓反擊對設備和人身的危害。

三、接地電阻（一）對接地電阻的要求對電路系統而言，接地電阻越小越好，因為當有電流流過接地電阻時，其上將產生電壓。該電壓除產生共地阻抗的電磁干擾外，還會使設備受到反擊過電壓的影響，并使人員受到電擊傷害的威脅，同時還帶來系統的工作的不穩定性和發熱。為了保護系統的正常工作，我們在設備接地時對接地電阻提出要求，一般要求接地電阻小于4Ω；對于移動設備，接地電阻可小于10Ω。系統接地的等效電路如圖4-6所示。系統接地不好，還會帶來寄生電感和寄生電容，這些可以導致地平面發生振蕩。

（二）降低接地電阻的方法

接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻三部分組成。為此，降低接地電阻的方法有以下三種：

1 降低接地線電阻降低接地線電阻的方法有增大導線的寬度，或者采用多層板，給出一層或者多層電源層，降低導線的內阻。信號層可以對采用覆銅的方式。覆銅的類型有：（1）整板（全部）覆銅；（2）局部（部分）覆銅；（3）分區覆銅（用于地種類復雜，而且地線有不同的分區，比如模數混合電路）；（4）分網絡覆銅（系統的特許需要，對某個或者幾個特定的網絡覆銅）。

2 降低接觸電阻降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓、接地極牢靠地連接，同時要考慮系統接地極和土壤之間的接觸面積與緊密度。增加地極和土壤之間的接觸面積與緊密度，可以減小接觸電阻。

有的設備為了降低接觸點之間的電阻，在接觸點采用導電性能良好的材料；為了防止金屬被氧化而增加接觸電阻，必要時可以在接觸點鍍銀或者鍍金來保持良好的接觸效果，減小接觸電阻。

3 降低地電阻降低地電阻，有些特殊系統，必須增加接地極的表面積和增加土壤的導電率（如在土壤中注入鹽水）。則系統的垂直接地極接地電阻R為：

例如，黃土ρ取200Ω.m,L為2cm,d為0.05，則垂直接地極接地電阻R為80.67Ω。如在土壤中注入鹽水，使ρ=20Ω.m時，則接地極接地電阻R為8.067Ω。從上面的比較中，可以清楚地看出，接地電阻隨著大地電阻率降低而減少。在一些特許系統中，對接地電阻和地電阻要求比較嚴格時，降低大地的電阻率，增加大地的導電性能是一個很好的辦法。