芯耀
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Part 01、前言
作為一個干了多年硬件設(shè)計的工程師，我太清楚接地在PCB設(shè)計里的分量了。接地這東西，說白了就是電路的“地基”，沒它，信號會亂飄，電源會不穩(wěn)，甚至整個系統(tǒng)都可能崩。干這行久了，我見過不少因為接地沒搞好導(dǎo)致的翻車案例，所以今天我想好好聊聊這個話題。從接地的基本原理講起，再到具體的設(shè)計方法和實戰(zhàn)技巧，我盡量寫得接地氣點，少點官話，多點人話，希望能幫到大家。
Part 02、接地到底是個啥？有哪些類型？
接地，說簡單點，就是給電路找個“零點”，啥叫“零點”？就是讓電流有個地方回流，同時還能穩(wěn)住電壓、壓住噪聲。從技術(shù)上講，它其實就是個低阻抗的參考電位，我們一般把它連到系統(tǒng)的公共節(jié)點或者直接接地棒。但別以為接地就一個樣，它其實分好幾種，每種都有自己的活兒干：
1.信號接地（Signal Ground）
信號接地就是給模擬或者數(shù)字信號當(dāng)個穩(wěn)定的“基準線”，避免信號飄來飄去。一般跟電源接地是一回事，但在精密電路里可能會單獨拉出來。一般會用在比如音頻放大器這種對信號敏感的電路里。
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。所以得用粗實的路徑，不然大電流一過，電壓就蹭蹭往下掉。它一般出現(xiàn)在電源模塊、電機驅(qū)動這些重活兒里。
3.保護接地（Safety Ground）
保護接地是連到設(shè)備外殼，把故障電流導(dǎo)走，保護人別被電到。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。所以它的特點是一般單點接地，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？比如運算放大器里常見的“假零點”，不真接地面，但電位跟零點一樣?？?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，分析放大器的時候常用。、
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。所以在開關(guān)電源、變壓器電路常見。
這一看接地還真不簡單，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)計需求。
Part 03、接地設(shè)計里容易踩的坑
說完了接地的類型，接下來說說雖然接地這事兒看著簡單，真干起來問題不少。我總結(jié)了幾個常見坑，大家聽聽有沒有中招的：
1.地環(huán)路（Ground Loop）
就是把好幾個接地路徑連成圈，外面的磁場一干擾，圈里就蹦出電流。后果就是低頻噪聲變大，信號沒法看。搞過音響的都知道，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，在高頻時接地線的阻抗蹭蹭漲。這就導(dǎo)致信號歪了，電磁干擾（EMI）也跑出來搗亂。比如你要是弄個GHz的射頻板，接地稍微長點，信號就廢了。
3.接地偏移
所謂接地偏移就是不同接地點電位不一致，可能是長線或者大電流搞的。這會導(dǎo)致信號測量不準，信號亂套。比如兩臺設(shè)備用長電纜連著，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，振起來放大噪聲，整個系統(tǒng)不穩(wěn)，調(diào)試電路的時候絕對抓狂。比如多層板沒弄好過孔，MHz范圍里就可能會出怪聲。
Part 04、PCB接地的幾種玩法
接地設(shè)計不是一招鮮，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.單點接地
啥叫單點接地啊？其實就是把所有接地線拽到一個點，像“星星”一樣連起來。好處是不怕環(huán)路，低頻電路愛用。壞處也很明顯，就是高頻時寄生電感大了，阻抗頂不住。咋弄呢？PCB上找個粗銅塊當(dāng)接地點，短線連過去。
2.多點接地
多點接地就是用一堆過孔直接把器件的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控制好也會成環(huán)路。所以可以在信號GND腳旁邊多打過孔，接地層保持均勻。
3.公共接地平面
在PCB上沒用的地方鋪上銅箔，弄個大平面。這樣散熱好，EMI也少。壞處是不小心畫個環(huán)就麻煩了。所以多層板就專門搞個地層鋪滿銅皮，頂面過孔接下去。
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)計扛得住。壞處是成本高了點。比如四層板里第二層接地，信號電源分兩邊。
5.混合信號接地
也就是把模擬和數(shù)字地分開。好處是數(shù)字噪聲不去煩模擬信號。壞處是設(shè)計起來比較費腦子，布局得準。比如ADC下面接個點，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)計的實戰(zhàn)經(jīng)驗
光說原理沒用，我再分享點干活兒時攢下的經(jīng)驗，細節(jié)拉滿：
首先是去耦電容別偷懶，IC電源腳旁邊放個0.1μF電容，離得越近越好，過孔直連接地層，電源會穩(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，千萬別小氣，不然信號絕對原地跳舞。比如USB板子9個引腳，3個接地，高速信號沒毛病。還有就是環(huán)路別瞎搞，接地層別畫圈，用過孔直連，比如射頻板上屏蔽罩多點接地，噪聲沒了。電流路徑得算清楚，信號出去和回來的路得匹配，別讓接地路徑繞遠。疊層別亂排：四層板一般是頂層信號、第2層接地、第3層電源、底層信號。
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、多點、接地層這些招數(shù)得活學(xué)活用，布局、過孔、電容這些細節(jié)也得摳到位。希望我這篇啰嗦的經(jīng)驗總結(jié)，能給你們點啟發(fā)，下次設(shè)計板子少踩坑，多出好活兒！有什么接地問題，隨時找我聊。
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