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Part 01、前言
作為一個(gè)干了多年硬件設(shè)計(jì)的工程師，我太清楚接地在PCB設(shè)計(jì)里的分量了。接地這東西，說(shuō)白了就是電路的“地基”，沒(méi)它，信號(hào)會(huì)亂飄，電源會(huì)不穩(wěn)，甚至整個(gè)系統(tǒng)都可能崩。干這行久了，我見(jiàn)過(guò)不少因?yàn)榻拥貨](méi)搞好導(dǎo)致的翻車案例，所以今天我想好好聊聊這個(gè)話題。從接地的基本原理講起，再到具體的設(shè)計(jì)方法和實(shí)戰(zhàn)技巧，我盡量寫得接地氣點(diǎn)，少點(diǎn)官話，多點(diǎn)人話，希望能幫到大家。
Part 02、接地到底是個(gè)啥？有哪些類型？
接地，說(shuō)簡(jiǎn)單點(diǎn)，就是給電路找個(gè)“零點(diǎn)”，啥叫“零點(diǎn)”？就是讓電流有個(gè)地方回流，同時(shí)還能穩(wěn)住電壓、壓住噪聲。從技術(shù)上講，它其實(shí)就是個(gè)低阻抗的參考電位，我們一般把它連到系統(tǒng)的公共節(jié)點(diǎn)或者直接接地棒。但別以為接地就一個(gè)樣，它其實(shí)分好幾種，每種都有自己的活兒干：
1.信號(hào)接地（Signal Ground）
信號(hào)接地就是給模擬或者數(shù)字信號(hào)當(dāng)個(gè)穩(wěn)定的“基準(zhǔn)線”，避免信號(hào)飄來(lái)飄去。一般跟電源接地是一回事，但在精密電路里可能會(huì)單獨(dú)拉出來(lái)。一般會(huì)用在比如音頻放大器這種對(duì)信號(hào)敏感的電路里。
2.電源接地（Power Ground）
電源接地就是扛住電源回路的大電流，保證供電不掉鏈子。所以得用粗實(shí)的路徑，不然大電流一過(guò)，電壓就蹭蹭往下掉。它一般出現(xiàn)在電源模塊、電機(jī)驅(qū)動(dòng)這些重活兒里。
3.保護(hù)接地（Safety Ground）
保護(hù)接地是連到設(shè)備外殼，把故障電流導(dǎo)走，保護(hù)人別被電到。通常直接接地，符合安全規(guī)范。所以一般的家電、工業(yè)設(shè)備可少不了它。
4.屏蔽接地（Shield Ground）
屏蔽接地就是接屏蔽層，把外面的電磁干擾擋住。所以它的特點(diǎn)是一般單點(diǎn)接地，避免搞出環(huán)路。所以射頻電路、屏蔽電纜都靠它。
5.虛地（Virtual Ground）
虛地是干啥用的？比如運(yùn)算放大器里常見(jiàn)的“假零點(diǎn)”，不真接地面，但電位跟零點(diǎn)一樣?？?a class="article-link" target="_blank" href="/baike/1573493.html">反饋控制，電流不走它。所以在模擬電路設(shè)計(jì)，分析放大器的時(shí)候常用。、
6.交流接地（AC Ground）
交流接地就是給電源輸入端提供穩(wěn)定的參考，還能扛高頻干擾。直流阻抗低，高頻下也能穩(wěn)住。所以在開(kāi)關(guān)電源、變壓器電路常見(jiàn)。
這一看接地還真不簡(jiǎn)單，一共以上六大類，這些接地類型在PCB里不是各干各的，經(jīng)常得混著用，怎么搭配全看你的設(shè)計(jì)需求。
Part 03、接地設(shè)計(jì)里容易踩的坑
說(shuō)完了接地的類型，接下來(lái)說(shuō)說(shuō)雖然接地這事兒看著簡(jiǎn)單，真干起來(lái)問(wèn)題不少。我總結(jié)了幾個(gè)常見(jiàn)坑，大家聽(tīng)聽(tīng)有沒(méi)有中招的：
1.地環(huán)路（Ground Loop）
就是把好幾個(gè)接地路徑連成圈，外面的磁場(chǎng)一干擾，圈里就蹦出電流。后果就是低頻噪聲變大，信號(hào)沒(méi)法看。搞過(guò)音響的都知道，那“嗡嗡”聲八成是地環(huán)路惹的禍。
2.高頻下的麻煩
也就是接地線有寄生電感，在高頻時(shí)接地線的阻抗蹭蹭漲。這就導(dǎo)致信號(hào)歪了，電磁干擾（EMI）也跑出來(lái)?yè)v亂。比如你要是弄個(gè)GHz的射頻板，接地稍微長(zhǎng)點(diǎn)，信號(hào)就廢了。
3.接地偏移
所謂接地偏移就是不同接地點(diǎn)電位不一致，可能是長(zhǎng)線或者大電流搞的。這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)測(cè)量不準(zhǔn)，信號(hào)亂套。比如兩臺(tái)設(shè)備用長(zhǎng)電纜連著，地線電位差能有好幾伏。
4.接地平面瞎振
接地平面在某些頻率下跟天線似的，振起來(lái)放大噪聲，整個(gè)系統(tǒng)不穩(wěn)，調(diào)試電路的時(shí)候絕對(duì)抓狂。比如多層板沒(méi)弄好過(guò)孔，MHz范圍里就可能會(huì)出怪聲。
Part 04、PCB接地的幾種玩法
接地設(shè)計(jì)不是一招鮮，得看電路啥需求。我干了這么多年，總結(jié)了幾種常用招數(shù)，每種都有自己的套路：
1.單點(diǎn)接地
啥叫單點(diǎn)接地?。科鋵?shí)就是把所有接地線拽到一個(gè)點(diǎn)，像“星星”一樣連起來(lái)。好處是不怕環(huán)路，低頻電路愛(ài)用。壞處也很明顯，就是高頻時(shí)寄生電感大了，阻抗頂不住。咋弄呢？PCB上找個(gè)粗銅塊當(dāng)接地點(diǎn)，短線連過(guò)去。
2.多點(diǎn)接地
多點(diǎn)接地就是用一堆過(guò)孔直接把器件的GND腳接到接地層。所以它返回路徑短，高頻穩(wěn)。當(dāng)然了如果你電位差沒(méi)控制好也會(huì)成環(huán)路。所以可以在信號(hào)GND腳旁邊多打過(guò)孔，接地層保持均勻。
3.公共接地平面
在PCB上沒(méi)用的地方鋪上銅箔，弄個(gè)大平面。這樣散熱好，EMI也少。壞處是不小心畫個(gè)環(huán)就麻煩了。所以多層板就專門搞個(gè)地層鋪滿銅皮，頂面過(guò)孔接下去。
4.專用接地層
多層板里一般拿一層專門接地。這樣阻抗低到飛起，復(fù)雜設(shè)計(jì)扛得住。壞處是成本高了點(diǎn)。比如四層板里第二層接地，信號(hào)電源分兩邊。
5.混合信號(hào)接地
也就是把模擬和數(shù)字地分開(kāi)。好處是數(shù)字噪聲不去煩模擬信號(hào)。壞處是設(shè)計(jì)起來(lái)比較費(fèi)腦子，布局得準(zhǔn)。比如ADC下面接個(gè)點(diǎn)，走線別跨界，模擬地和數(shù)字地各走各的，ADC下面用0Ω電阻接一塊兒，走線別亂竄。
Part 05、接地設(shè)計(jì)的實(shí)戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)
光說(shuō)原理沒(méi)用，我再分享點(diǎn)干活兒時(shí)攢下的經(jīng)驗(yàn)，細(xì)節(jié)拉滿：
首先是去耦電容別偷懶，IC電源腳旁邊放個(gè)0.1μF電容，離得越近越好，過(guò)孔直連接地層，電源會(huì)穩(wěn)得一批。其次是高速連接器接地得舍得，30%-40%的引腳給接地，千萬(wàn)別小氣，不然信號(hào)絕對(duì)原地跳舞。比如USB板子9個(gè)引腳，3個(gè)接地，高速信號(hào)沒(méi)毛病。還有就是環(huán)路別瞎搞，接地層別畫圈，用過(guò)孔直連，比如射頻板上屏蔽罩多點(diǎn)接地，噪聲沒(méi)了。電流路徑得算清楚，信號(hào)出去和回來(lái)的路得匹配，別讓接地路徑繞遠(yuǎn)。疊層別亂排：四層板一般是頂層信號(hào)、第2層接地、第3層電源、底層信號(hào)。
接地這活兒看著不起眼，但干好了能救命，干砸了能要命。單點(diǎn)、多點(diǎn)、接地層這些招數(shù)得活學(xué)活用，布局、過(guò)孔、電容這些細(xì)節(jié)也得摳到位。希望我這篇啰嗦的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，能給你們點(diǎn)啟發(fā)，下次設(shè)計(jì)板子少踩坑，多出好活兒！有什么接地問(wèn)題，隨時(shí)找我聊。
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