電路設計中接地分析

一、地的分類(lèi)

工程師在設計電路時(shí)，為防止各種電路在電路正常工作中產(chǎn)生互相干擾，使之能相互兼容地有效工作。根據電路的性質(zhì)，將電路中“零電位”———“地”分為不同的種類(lèi)，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(jìn)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(xiàn)（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(dòng)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(huì )導致信噪比下降；信號的測量值產(chǎn)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(chǎn)生干擾地線(xiàn)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(shù)。

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(xiàn)。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(shí)間等都很大的差別，因此模擬電路既易接受干擾，又可能產(chǎn)生干擾。所以對模擬地的接地點(diǎn)選擇和接地線(xiàn)的敷設更要充分考慮。減小地線(xiàn)的導線(xiàn)電阻，將電路中的模擬和數字部分開(kāi)，在PCB布線(xiàn)的時(shí)候，模擬地和數字地應盡量分開(kāi)，最后通過(guò)電感濾波和隔離，匯接到一起。如圖1所示。

模擬地和數字地

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(xiàn)。由于數字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時(shí)，會(huì )在電源系統中產(chǎn)生比較大的毛刺，易對模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對數字地的接地點(diǎn)選擇和接地線(xiàn)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(kāi)，在PCB布線(xiàn)的時(shí)候，模擬地和數字地應盡量分開(kāi)，最后通過(guò)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(gè)系統的地不直接連接，而是通過(guò)變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。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(diǎn)混合系統中。

其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受系統中電氣和干擾的影響；缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動(dòng)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(méi)有連接，易產(chǎn)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2所示的VDD-SGND的電源供電系統中，所有工作點(diǎn)相對的地都是SGND，但是SGND和DGND之間是電平處于懸浮狀態(tài)，VDD-SGND的電源供電的系統與整個(gè)系統的連接完全通過(guò)變壓器耦合，在這里設計的時(shí)候需要注意信號的連接方式。

懸浮地變壓器耦合

5、電源地

電源地是系統電源零電位的公共基準地線(xiàn)。由于電源往往同時(shí)供電給系統中的各個(gè)單元，而各個(gè)單元要求的供電性質(zhì)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(shí)，電源系統功耗比大，在單層板或者雙層板中地線(xiàn)的線(xiàn)寬必須加粗。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(dòng)電路的零電位的公共基準地線(xiàn)。由于負載電路或功率驅動(dòng)電路的電流較強、電壓較高，所以功率地線(xiàn)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(xiàn)，以保證整個(gè)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(xiàn)和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應采用一點(diǎn)接地。當信號工作頻率大于10MHz時(shí)，地線(xiàn)阻抗變得很大，此時(shí)應盡量降低地線(xiàn)阻抗，應采用就近多點(diǎn)接地。當工作頻率在1MHz~10MHz時(shí)，如果采用一點(diǎn)接地，其地線(xiàn)長(cháng)度不應超過(guò)波長(cháng)的1-20，否則應采用多點(diǎn)接地法。工作接地按工作頻率而采用如圖3所示幾種接地方式。

信號接地方式