“地”(GND Ground)一般是我们PCB电路的零电位参考点,在实际设计中往往是是设备的外壳。 一般我们在PCB电路中可能会存在下面几种1. 模拟地(AGND)——连接模拟元器件接地引出端形成的地线; 2. 数字地(DGND)——连接数字元器件接地引出端形成的地线; 3. 器件地(ISOGND)——即为某个元器件的GND; 而且对于PCB的地接法,我们一般也有单点接地和多点接地这两种形式。下面从为什么要接地,以及接地方式和接地电路来介绍下:i)首先PCB为什么需要分这些GND: 不说废话,最重要的一点就是隔离数字噪声对模拟信号的干扰。当然如果你的电路是纯数字低速信号,不做GND区分问题也不大。 对于我们数字信号,都是以 0/1 电平跳变为特征(如方波、脉冲信号),当数字信号频率很高时,在信号切换瞬间会产生高频电流突变(di/dt 很大),形成开关噪声,当寄生电感u=L* di/dt,会引发地弹噪声(指芯片内部“地”电平相对于电路板“地”电平的变化现象。以电路板“地”为参考,就像是芯片内部的“地”电平不断的跳动,称之为地弹(ground bounce); ![]() 而我们知道模拟信号是连续变化的电压,对噪声十分敏感,微弱的电压变化就会影响信号精度。若数字GND和模拟GND两者共用一个接地面,数字噪声会通过地平面寄生参数、电源纹波或空间辐射串入模拟电路,例如对于12位ADC,如果参考电压是5V:分辨率=5/4096≈0.00122V,因此数字信号极低的扰动就会导致模拟信号采样精度下降。 ii)接地方式:单点接地和多点接地 那当我们电路中分开了很多GND,那怎么和外部GND相接呢,一般常见的有单点接地和多点接地这两种。低频电路使用单点接地较多。 单点接地:电路中所有接地节点仅通过一个公共参考点连接到系统地或机壳地。其中又可以分为串联单点接地和并联单点接地。 ![]() 串联接地优点:只需要一条主接地线,布线简单,因此适合用于PCB可布线面积小的情况。 串联接地缺点:所有模块的返回电流都由于流经同一条接地线,模块1的电流流经接地线的阻抗会产生电压降,这个电压降会叠加在模块2和模块C的接地参考点上,接地线自身的阻抗会在模块之间叠加产生共地阻抗噪声。 并联接地优点:消除串联接地的缺点,消除叠加的共地噪声。 并联接地缺点:由于每个模块单独布设接地线到公共点,因此需要的PCB接地面积较多。 实际使用中单点并联要好于单点串联接地。 ![]() 多点接地:各个电路模块的GND就近连接到离它们最近的的参考地平面(通常是完整的电源地层)。在高频下一般不能使用单点接地,因为单点接地走线较长,会形成天线。 优点:提供一个低阻抗的返回路径,在高频下接地路径的感抗最小,地电位的相对稳定。大面积铜箔构成的完整地平面,高频的di/dt会选择阻抗最低的路径返回源端,通过最近的过孔直接进入地平面,是最低阻抗的返回路径,减小了噪声和地弹。 缺点:相较于单点并联接地可以通过物理隔离地路径,存在传导耦合,多点接地会存在传导耦合的问题。 ![]() 对于实际应用中的接地我们先判断是否是高速信号,一般高速信号因为di/dt较大建议使用多点接地,且不会形成天线。对于一些模拟信号,或者一些采样的12bit这种的ADC尽量使用单点并联接地。 接地电路:一般使用磁珠和0欧姆电阻的较多。磁珠和电阻最大的区别是磁珠的阻抗特性随频率在变化,0欧姆电阻基本上就是0欧姆左右。由于磁珠的DCR和“消耗”特性,磁珠不适合用在ADC以及大电流电路部分,这时候需要用0欧姆电阻。同样由于磁珠的以上特性,当需要隔绝一些噪声,或者某些USB干扰时,比较适合用磁珠。 ![]() |