PCB上怎么畫(huà)GND？

在電路原理設計階段，為了降低電路之間的互相干擾，工程師一般會(huì )引入不同的GND地線(xiàn)，作為不同功能電路的0V參考點(diǎn)，形成不同的電流回路。

01. GND地線(xiàn)的分類(lèi)

02. 細究GND的原理

一個(gè)地線(xiàn)GND怎么會(huì )有這么多區分，簡(jiǎn)單的電路問(wèn)題怎么弄得這么復雜？為什么需要引入這么多細分的GND地線(xiàn)功能呢？工程師一般針對這類(lèi)GND地線(xiàn)設計問(wèn)題，都簡(jiǎn)單的統一命名為GND，在原理圖設計過(guò)程中沒(méi)有加以區分，導致在PCB布線(xiàn)的時(shí)候很難有效識別不同電路功能的GND地線(xiàn)，直接簡(jiǎn)單地將所有GND地線(xiàn)連接在一起。雖然這樣操作簡(jiǎn)便，但這將導致一系列問(wèn)題：

· 信號串擾。假如將不同功能的地線(xiàn)GND直接連接在一起，大功率電路通過(guò)地線(xiàn)GND，會(huì )影響小功率電路的0V參考點(diǎn)GND，從而產(chǎn)生不同電路信號之間的串擾。

· 信號精度。模擬電路的考核核心指標就是信號的精度。失去精度，模擬電路也就失去了原本的功能意義。交流電源的地線(xiàn)CGND由于是正弦波，是周期性的上下波動(dòng)變化，它的電壓也是上下波動(dòng)，不是像直流地線(xiàn)GND一樣始終維持在一個(gè)0V上不變。將不同電路的地線(xiàn)GND連接在一起，周期性變化的交流地線(xiàn)CGND會(huì )帶動(dòng)模擬電路的地線(xiàn)AGND變化，這樣就影響了模擬信號的電壓精度值了。

· EMC實(shí)驗。信號越弱，對外的電磁輻射EMC也就越弱；信號越強，對外的電磁輻射EMC也就越強。假如將不同電路的地線(xiàn)GND連接在一起，信號強電路的地線(xiàn)GND，直接干擾了信號弱電路的地線(xiàn)GND，后果是原本信號弱的電磁輻射EMC，也成為了對外電磁輻射強的信號源，增加了電路處理EMC實(shí)驗的難度。

· 電路可靠性。電路系統之間，信號連接的部分越少，電路獨立運行的能力越強；信號連接的部分越多，電路獨立運行的能力就越弱。試想，如果兩個(gè)電路系統A和電路系統B，沒(méi)有任何的交集，電路系統A的功能好壞是不能影響電路系統B的正常工作，同樣電路系統B的功能好壞也不能影響電路系統A的正常工作。假如在電路系統中，將不同功能的電路地線(xiàn)連接在一起，就相當于增加了電路之間干擾的一個(gè)聯(lián)系紐帶，也即降低了電路運行的可靠性。

03. 手把手教你畫(huà)“GND”

“GND”在一塊PCB板上的重要程度，不亞于水對人體的重要程度。怎么畫(huà)好“GND”呢？只要注意下面這幾點(diǎn)就可以了。

做好分區“GND”

在PCB板上，不同的模塊功能會(huì )分布在不同的位置，而對應模塊的“GND”要求也會(huì )不一樣。下圖是一個(gè)電源地與信號地沖突的畫(huà)板，此電路中電源的GND實(shí)際作用是“電源負極”而不是“0V參考地”，而信號部分的GND實(shí)際作用是“0V參考地”。在這種情況下，電源地的不干凈就導致了信號部分受干擾！這樣的情況處理的方式分兩種：

1. 將信號部分的地與電源部分的GND分開(kāi)，不要直接連接；

2. 將信號部分的GND掏空，如果需要供電，就以走線(xiàn)的方式去供電。

不要跨步“GND”

還有一些受制于結構導致的，某一個(gè)模塊本應完整的GND，被其他走線(xiàn)分割成多個(gè)區域的跨步GND。例如下圖的PCB電路所示，電源輸入的負極接上PCB板后直接變成“GND”也就是①位置，往電源模塊過(guò)去的方向上，①與②之間被信號線(xiàn)隔斷；②與③之間被5V輸出隔斷；而③與④之間被芯片的使能隔斷。這樣布局的GND雖然用萬(wàn)用表上測量是連通的，但是從原理圖上的走線(xiàn)先后順序，以及高頻狀態(tài)下的“地阻抗”來(lái)說(shuō)都是不合理的。尤其是電源這個(gè)模塊作為EMC問(wèn)題的核心之一，地的布局一定要在同一層是完整的！

拒絕小蠻腰“GND”

在給PCB整個(gè)板子覆銅或者鋪地時(shí)，經(jīng)常會(huì )有一些地方因為其他位置的走線(xiàn)或者過(guò)孔導致“GND”與“GND”之間出現“小蠻腰”！例如下面兩張圖片里面，左邊是“小蠻腰”類(lèi)型的GND，右邊是“豬尾巴”類(lèi)型的GND，這兩種樣式的GND對于EMI和EMS來(lái)說(shuō)，都不是一個(gè)好的layout！“小蠻腰”類(lèi)型的GND可以對其進(jìn)行加寬，或者過(guò)于狹小的區域直接禁止鋪銅，而“豬尾巴”類(lèi)型的GND最好不去鋪銅切掉，如果是其他功能需要，就多增加過(guò)孔，確保接地OK。

PCB板上的“GND”需要工程師的反復檢查，以及全局布局的考慮，不要圖方便而敷衍了事，也不要為了接地而接地！在鋪銅“GND”的時(shí)候，一定要注意區分各個(gè)部分的GND能否通鋪，密密麻麻的走線(xiàn)之間是否有“不合理”的GND，以及“GND”在各個(gè)區域的實(shí)際作用！