电⼦设计中-电源地，信号地，⼤地等知识点总结
设计中各种“地”——各种 GND 设计
电源地，信号地，还有⼤地，这三种地有什么区别？
  电源地主要是针对电源回路所⾛的路径⽽⾔的，⼀般来说电源地流过的电流较⼤，⽽信号地主要是针对两块芯⽚或者模块之间的通信信号的回流所流过的路径，⼀般来说信号地流过的电流很⼩，其实两者都是GND，之所以分开来说，是想让⼤家明⽩在布板
时要清楚地了解电源及信号回流各⾃所流过的路径，然后在布板时考虑如何避免电源及信号共⽤回流路径，如果共⽤的话，有可能会导致电源地上⼤的电流会在信号地上产⽣⼀个电压差（可以解释为：导线是有的，只是很⼩的阻值，但如果所流过的电流较⼤时，也
会在此导线上产⽣电位差，这也叫共阻抗⼲扰），使信号地的真实电位⾼于0V，如果信号地的电位较⼤时，有可能会使信号本来是⾼电平的，但却误判为低电平。
  当然电源地本来就很不⼲净，这样做也避免由于⼲扰使信号误判。所以两者地在时稍微注意⼀下就可以。⼀般来说即使在⼀起也不会产⽣⼤的问题，因为的门限较⾼。
各种“地”—— 各种“GND”
（1）GND，指的是接地端的简写。代表地线或0 线。
  电路图上和电路板上的GND(Ground)代表地线或0 线.GND 就是公共端的意思，也可以说是地，但这个地并不是真正意义上的地。是出于应⽤⽽假设的⼀个地，对于电源来说，它就是⼀个电源的负极。它与⼤地是不同的。有时候需要将它与⼤地连接，有时候也不需要，视具体情况⽽定。
  设备的信号接地，可能是以设备中的⼀点或⼀块⾦属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了⼀个公共参考电位。
    接地形式：有单点接地，多点接地，浮地和混合接地。
    （1）单点接地是指整个电路系统中只有⼀个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这⼀点上。在低频电路中，布线和元件之间不会产⽣太⼤影响。通常频率⼩于1MHz 的电路，采⽤⼀点接地。
    （2）多点接地是指电⼦设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平⾯上（即设备的⾦属底板）。在⾼频电路中，寄⽣电容和的影响较⼤。通常频率⼤于10MHz 的电路，常采⽤多点接地。
    （3）浮地，即该电路的地与⼤地⽆导体连接。虚地：没有接地，却和地等电位的点。
      其优点是该电路不受⼤地的影响。浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离很⼤，所以能阻⽌共地阻抗电路性产⽣的电磁⼲扰。其缺点是该电路易受寄⽣电容的影响，⽽使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应⼲扰。
“地”是电⼦技术中⼀个很重要的概念。由于“地”的分类与作⽤有多种，容易混淆，故总结⼀下“地”的概念。
  “接地”有设备内部的信号接地和设备接⼤地，两者概念不同，⽬的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平⾯”。
⼀、信号“地”⼜称参考“地”，就是零电位的参考点，也是构成电路信号回路的公共端。
  (1) 直流地：直流电路“地”，零电位参考点。
  (2) 交流地：交流电的零线。应与地线区别开。
  (3) 功率地：⼤电流⽹络器件、功放器件的零电位参考点。
  (4) 模拟地：、采样保持器、A/D 转换器和的零电位参考点。
  (5) 数字地：也叫逻辑地，是数字电路的零电位参考点。
  (6) “热地”：⽆需使⽤⼯频，其电路的“地”和市电电⽹有关，即所谓的“热地”，它是带电的。
  (7) “冷地”：由于开关电源的将输⼊、输出端隔离；⼜由于其反馈电路常⽤，既能传送反馈信号，⼜将双⽅的“地”隔离；所以输出端的地称之为“冷地”，它不带电。
⼀、信号接地
    设备的信号接地，可能是以设备中的⼀点或⼀块⾦属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了⼀个公共参考电位。
    有单点接地，多点接地，浮地和混合接地。（这⾥主要介绍浮地）单点接地是指整个电路系统中只有⼀个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这⼀点上。在低频电路中，布线和元件之间不会产⽣太⼤影响。通常频率⼩于1MHz 的电路，采⽤⼀点接地。多点接地是指电⼦设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平⾯上（即设备的⾦属底板）。在⾼频电路中，寄⽣电容和电感的影响较⼤。通常频率⼤于10MHz 的电路，常采⽤多点接地。浮地，即该电路的地与⼤地⽆导体连接。『虚地：没有接地，却和地等电位的点。』其优点是该电路不受⼤地电性能的影响。浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很⼤，所以能阻⽌共地阻抗电路性耦合产⽣的电磁⼲扰。其缺点是该电路易受寄⽣电容的影响，⽽使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应⼲扰。⼀个折衷⽅案是在浮地与公共地之间跨接⼀个阻值很⼤的泄放电阻，⽤以释放所积累的电荷。注意控制
释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。
1：浮地技术的应⽤
  a 交流电源地与直流电源地分开
  ⼀般交流电源的零线是接地的。但由于存在接地电阻和其上流过的电流，导致电源的零线电位并⾮为⼤地的零电位。另外，交流电源的零线上往往存在很多⼲扰，如果交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常⼯作产⽣影响。因此，采⽤把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来⾃交流电源地线的⼲扰。
  b 放⼤器的浮地技术
  对于放⼤器⽽⾔，特别是微⼩输⼊信号和⾼增益的放⼤器，在输⼊端的任何微⼩的⼲扰信号都可能导致⼯作异常。因此，采⽤放⼤器的浮地技术，可以阻断⼲扰信号的进⼊，提⾼放⼤器的电磁兼容能⼒。
  c 浮地技术
的注意事项
    1）尽量提⾼浮地系统的对地绝缘电阻，从⽽有利于降低进⼊浮地系统之中的共模⼲扰电流。
    2）注意浮地系统对地存在的寄⽣电容，⾼频⼲扰信号通过寄⽣电容仍然可能耦合到浮地系统之中。
    3）浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应⽤，才能收到更好的预期效果。
    4）采⽤浮地技术时，应当注意静电和电压反击对设备和⼈⾝的危害。
2：混合接地
  混合接地使接地系统在低频和⾼频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。对低频和直流有较⾼的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和地分开时，将每个⼦系统的直流地通过10～100nF 的接到射频地上，这两种地应在⼀点有低阻抗连接起来，连接点应选在最⾼翻转速度（di/dt）信号存在的点。
⼆：设备接⼤地
  在⼯程实践中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还将设备的信号地，机壳与⼤地连在⼀起，以⼤地作为设备的接地参考点。设备接⼤地的⽬的是：
  1）保护地，保护接地就是将设备正常运⾏时不带电的⾦属外壳（或构架）和接地装置之间作良好的电⽓连接。为了保护⼈员安全⽽设置的⼀种接线⽅式。保护“地”线⼀端接⽤电器外壳，另⼀端与⼤地作可靠连接。
  2）防静电接地，泄放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升⾼，造成电路⼯作的不稳定。
  3）屏蔽地，避免设备在外界电磁环境的作⽤下使设备对⼤地的电位发⽣变化，造成设备⼯作的不稳定。此外还有防雷接地和⾳响中的专⽤地等等。
三、就接地问题提出⼀些看法：
（1）控制系统宜采⽤⼀点接地。⼀般情况下,⾼频电路应就近多点接地，低频电路应⼀点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么⼤问题，然⽽接地形成的环路的⼲扰影响很⼤，因此，常以⼀点作为接地点；但⼀点接地不适⽤于⾼频，因为⾼频时，地线上具有电感因⽽增加了地线阻抗，同时各地线之间⼜产⽣电感耦合。⼀般来说，频率在1MHz 以下，可⽤⼀点接地；⾼于10MHz 时，采⽤多点接地；在1～10MHz 之间可⽤⼀点接地，也可⽤多点接地。
（2）交流地与信号地不能共⽤。由于在⼀段电源地线的两点间会有数mV 甚⾄⼏V 电压，对低电平信号电路来说，这是⼀个⾮常重要的⼲扰，因此必须加以隔离和防⽌。
（3）浮地与接地的⽐较。全机浮空即系统各个部分与⼤地浮置起来，这种⽅法简单，但整个系统与⼤地绝缘电阻不能⼩于50MΩ。这种⽅法具有⼀定的抗⼲扰能⼒，但⼀旦绝缘下降就会带来⼲扰。还有⼀种⽅法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种⽅法抗⼲扰能⼒强，安全可靠，但实现起来⽐较复杂。
（4）模拟地。模拟地的接法⼗分重要。为了提⾼抗共模⼲扰能⼒，对于模拟信号可采⽤屏蔽浮技术。对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作⼿册上的要求设计。
（5）屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制，对信号采⽤屏蔽措施是⼗分必要的。根据屏蔽⽬的不同，屏蔽地的接法也不⼀样。电场屏蔽解决分布电容问题，⼀般接⼤地；电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等⾼频电磁场辐射⼲扰。利⽤低阻⾦属材料⾼导流⽽制成，可接⼤地。磁场屏蔽⽤以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应，其屏蔽⽅法是⽤⾼导磁材料使磁路闭合，⼀般接⼤地为好。当信号电路是⼀点接地时，低频的屏蔽层也应⼀点接地。如果电缆的屏蔽层地点有⼀个以上时，将产⽣噪声电流，形成噪声⼲扰源。当⼀个电路有⼀个不接地的信号源与系统中接地的放⼤器相连时，输⼊端的屏蔽应接⾄放⼤器的公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放⼤器相连时，放⼤器的输⼊端也应接到信号源的公共端。
对于电⽓系统的接地，要按接地的要求和⽬的分类，不能将不同类接地简单地、任意地连接在⼀起，⽽是要分成若⼲独⽴的接地⼦系统，每个⼦系统都有其共同的接地点或接地⼲线，最后才连接在⼀起，实⾏总接地。
相关问题解答
模块电源是什么意思
Q1为什么要接地?
Answer：
  接地技术的引⼊最初是为了防⽌电⼒或电⼦等设备遭雷击⽽采取的保护性措施，⽬的是把雷电产⽣的雷击电流通过避雷针引⼊到⼤地，从⽽起到保护建筑物的作⽤。同时，接地也是保护⼈⾝安全的⼀种有效⼿段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路⽼化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险电压产⽣，由此⽣成的故障电流就会流经PE 线到⼤地，从⽽起到保护作⽤。随着电⼦通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满⾜要求了。
  ⽐如在通信系统中，⼤量设备之间信号的互连要求各设备都要有⼀个基准‘地’作为信号的参考地。⽽且随着电⼦设备的复杂化，信号频率越来越⾼，因此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运⾏的可靠性和稳定性。最近，⾼速信号的信号回流技术中也引⼊了“地”的概念。
Q2接地的定义
Answer：
  在现代接地概念中、对于线路⼯程师来说，该术语的含义通常是‘线路电压的参考点’；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；对电⽓⼯程师来说，它是绿⾊安全地线或接到⼤地的意思。⼀个⽐较通⽤的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻
抗”和“通路”。
Q3常见的接地符号
Answer：
  PE,PGND,FG－保护地或机壳；BGND 或DC-RETURN－直流－48V(+24V)电源（）回流；GND－⼯作地；DGND－数字地；AGND －模拟地；LGND－防雷保护地
GND 在电路⾥常被定为电压参考基点。
从电⽓意义上说，GND 分为电源地和信号地。PG 是Power Ground（电源地）的缩写。另⼀个是Signal Ground（信号地）。实际上它们可能是连在⼀起的（不⼀定是混在⼀起哦！）。
两个名称，主要是便于对电路进⾏分析。
进⼀步说，还有因电路形式不同⽽必须区分的两种“地”：数字地，模拟地。
数字地和模拟地都有信号地、电源地两种情况。数字地和模拟地之间，某些电路可以直接连接，有些电路要⽤电抗器连接，有些电路不可连接。
Q4合适的接地⽅式
Answer：
  接地有多种⽅式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。⽽单点接地⼜分为串联单点接地和并联单点接地。⼀般来说，单点接地⽤于简单电路，不同功能模块之间接地区分，以及低频（f<1MHz）电⼦线路。当设计⾼频（f>10MHz）电路时就要采⽤多点接地了或者多层板（完整的地平⾯层）。
Q5信号回流和跨分割的介绍
Answer：
  对于⼀个电⼦信号来说，它需要寻⼀条最低阻抗的电流回流到地的途径，所以如何处理这个信号回流就变得⾮常的关键。
第⼀，根据公式可以知道，辐射强度是和回路⾯积成正⽐的，就是说回流需要⾛的路径越长，形成的环越⼤，它对外辐射的⼲扰也越⼤，所以，PCB 布板的时候要尽可能减⼩电源回路和信号回路⾯积。
第⼆，对于⼀个⾼速信号来说，提供有好的信号回流可以保证它的信号质量，这是因为PCB上传输线的特性阻抗⼀般是以地层（或电源层）为参考来计算的，如果⾼速线附近有连续的地平⾯，这样这条线的
阻抗就能保持连续，如果有段线附近没有了地参考，这样阻抗就会发⽣变化，不连续的阻抗从⽽会影响到信号的完整性。所以，布线的时候要把⾼速线分配到靠近地平⾯的层，或者⾼速线旁边并⾏⾛⼀两条地线，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三，为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割，这也是因为信号跨越了不同电源层后，它的回流途径就会很长了，容易受到⼲扰。当然，不是严格要求不能跨越电源分割，对于低速的信号是可以的，因为产⽣的⼲扰相⽐信号可以不予关⼼。对于⾼速信号就要认真检查，尽量不要跨越，可以通过调整电源部分的⾛线。（这是针对多层板多个电源供应情况说的）
Q6为什么要将模拟地和数字地分开，如何分开?
Answer：
  模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从⽽在数字地上引起的噪声就会很⼤，⽽模拟信号是需要⼀个⼲净的地参考⼯作的。如果模拟地和数字地混在⼀起，噪声就会影响到模拟信号。
⼀般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的⾛线连在⼀起，或者单点接在⼀起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是⾮常严格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很⼲净的话可以合在⼀起。
Q7单板上的信号如何接地?
Answer：
  对于⼀般器件来说，就近接地是最好的，采⽤了拥有完整地平⾯的多层板设计后，对于⼀般信号的接地就⾮常容易了，基本原则是保证⾛线的连续性，减少数量；靠近地平⾯或者电源平⾯，等等。
Q8单板的器件如何接地?
Answer：
  有些单板会有对外的输⼊输出接⼝，⽐如串⼝，⽹⼝连接器等等，如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常⼯作，例如⽹⼝互连有误码，丢包等，并且会成为对外的电磁⼲扰源，把板内的噪声向外发送。⼀般来说会单独分割出⼀块独⽴的接⼝地，与信号地的连接采⽤细的⾛线连接，可以串上0 欧姆或者⼩阻值的电阻。细的⾛线可以⽤来阻隔信号地上噪⾳过到接⼝地上来。同样的，对接⼝地和接⼝电源的滤波也要认真考虑。
Q9带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地?
Answer：
  屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接⼝地上⽽不是信号地上，这是因为信号地上有各种的噪声，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外⼲扰，所以设计不好的电缆线⼀般都是电磁⼲扰的最⼤噪声输出源。当然前提是接⼝地也要⾮常的⼲净

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。