接地設(shè)計(jì)是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，良好的接地是一個(gè)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定工作的前提。在PCB電路板的地線設(shè)計(jì)中，接地技術(shù)既應(yīng)用于PCB多層線路板，也應(yīng)用于單層線路板。

接地的目的

一是為了保證控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地運(yùn)行，防止地環(huán)路引起的干擾，常稱為工作接地；二是為了避免操作人員因設(shè)備的絕緣損壞或下降遭受觸電危險(xiǎn)和保證設(shè)備的安全，這稱為保護(hù)接地。

PCB地線的分類和目的

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大致分為以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、信號(hào)地、系統(tǒng)地、交流地和保護(hù)地。

1、模擬地作為傳感器、變送器、放大器、A- D和D- A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。模擬信號(hào)有精度要求，它的信號(hào)比較小，而且與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)連接。

2、有時(shí)為區(qū)別遠(yuǎn)距離傳感器的弱信號(hào)地與主機(jī)的模擬地關(guān)系，把傳感器的地又叫 信號(hào)地。

3、數(shù)字地作為計(jì)算機(jī)各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。

4、系統(tǒng)地是上述幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連作為基準(zhǔn)零電位。

5、交流地是計(jì)算機(jī)交流供電的動(dòng)力線地或稱零線，它的零電位很不穩(wěn)定。在交流地上任意兩點(diǎn)之間往往就有幾伏乃至幾十伏的電位差存在。另外，交流地也容易帶來各種干擾。因此，交流地絕不允許與上述幾種地相連，而且交流電源變壓器的絕緣性能要好，絕對(duì)要避免漏電現(xiàn)象。

6、保護(hù)地也叫安全地、機(jī)殼地或屏蔽地，目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電影響人身及設(shè)備安全。

PCB的接地設(shè)計(jì)

了解了地線的分類和作用后，接下來就需要將PCB中的地線進(jìn)行區(qū)別分類，并采取相應(yīng)的處理辦法來設(shè)計(jì)地線。如TTL、CMOS器件的地線要呈輻射狀，不能形成環(huán)形；印制電路板上的地線要根據(jù)通過的電流大小決定其寬度，不要小于3mm，在可能的情況下，地線越寬越好；旁路電容的地線不能長，應(yīng)盡量縮短；大電流的零電位地線應(yīng)盡量寬，而且必須和小信號(hào)的地分開。

01、將數(shù)字電路與模擬電路分開

電路板上既有高速邏輯電路，又有線性電路，應(yīng)使它們盡量分開，而兩者的地線不要相混，分別與電源端地線相連。要盡量加大線性電路的接地面積。

02、盡量加粗接地線

若接地線很細(xì)，接地電位則隨電流的變化而變化，致使電子設(shè)備的定時(shí)信號(hào)電平不穩(wěn)，抗噪聲性能變壞。因此應(yīng)將接地線盡量加粗，使它能通過三倍于印制線路板的允許電流。如有可能，接地線的寬度應(yīng)大于3mm。

03、將接地線構(gòu)成閉環(huán)路

設(shè)計(jì)只由數(shù)字電路組成的印制線路板的地線系統(tǒng)時(shí)，將接地線做成閉環(huán)路可以明顯的提高抗噪聲能力。其原因在于：印制線路板上有很多集成電路元件，尤其遇有耗電多的元件時(shí)，因受接地線粗細(xì)的限制，會(huì)在地結(jié)上產(chǎn)生較大的電位差，引起抗噪聲能力下降，若將接地結(jié)構(gòu)成環(huán)路，則會(huì)縮小電位差值，提高電子設(shè)備的抗噪聲能力。

04、全地平面

當(dāng)采用多層線路板設(shè)計(jì)時(shí)，可將其中一層作為“全地平面”，這樣可減少接地阻抗，同時(shí)又起到屏蔽作用。我們常常在印制板周邊布一圈寬的地線，也是起著同樣的作用。

05、單層PCB的接地線

在單層（單面）PCB中，接地線的寬度應(yīng)盡可能的寬，且至少應(yīng)為1.5mm(60mil)。由于在單層電路板上無法實(shí)現(xiàn)星形布線，因此跳線和地線寬度的改變應(yīng)當(dāng)保持為最低，否則將引起線路阻抗與電感的變化。

06、雙層PCB的接地線

在雙層（雙面）PCB中，對(duì)于數(shù)字電路優(yōu)先使用地線柵格/點(diǎn)陣布線，這種布線方式可以減少接地阻抗、接地回路和信號(hào)環(huán)路。像在單層線路板中那樣，地線和電源線的寬度最少應(yīng)為1.5mm。

另外的一種布局是將接地層放在一邊，信號(hào)和電源線放于另一邊。在這種布置方式中將進(jìn)一步減少接地回路和阻抗。此時(shí)，去耦電容可以放置在距離IC供電線和接地層之間盡可能近的地方。

07、多層電路板的接地線設(shè)計(jì)方式

在高密度和高頻率的場(chǎng)合通常使用4層線路板，就EMC而言比雙面板PCB好20 DB以上。在4層PCB電路板的條件下，往往可以使用一個(gè)完整的地平面和完整的電源平面，在這種條件下只需要進(jìn)行分成幾組的電路的地線與地平面連接，并且將工作噪聲地特別的處理。

從各個(gè)電路的地線連接到地平面可以采取很多做法，包括： 

電路板的接地方式：左邊為多點(diǎn)接地，右邊為單點(diǎn)接地

單點(diǎn)和多點(diǎn)接地方式

① 單點(diǎn)接地：所有電路的地線接到地線平面的同一點(diǎn)，分為串聯(lián)單點(diǎn)接地和并聯(lián)單點(diǎn)接地。

② 多點(diǎn)接地：所有電路的地線就近接地，地線很短適合高頻接地。

③ 混合接地：將單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地混合使用。

在低頻率、小功率和相同電源層之間，單點(diǎn)接地是最為適宜的，通常應(yīng)用于模擬電路之中；這里一般采用星型方式進(jìn)行連接降低了可能存在的串聯(lián)阻抗的影響，如下圖右半部分所示。

高頻率的數(shù)字電路就需要并聯(lián)接地了，在這里一般通過地孔的方式可較為簡單的處理，如圖的左半部分所示；一般所有的模塊都會(huì)綜合使用兩種接地方式，采用混合接地的方式完成電路地線與地平面的連接。 

混合接地方式

如果不選擇使用整個(gè)平面的作為公共的地線，比如模塊本身有兩個(gè)地線的時(shí)候，就需要進(jìn)行對(duì)地平面進(jìn)行分割，這往往與電源平面有相互作用。

注意以下的幾點(diǎn)原則：

(1)將各個(gè)平面對(duì)齊處理，避免無關(guān)的電源平面和地平面之間的重疊，否則將導(dǎo)致所有的地平面分割失效，彼此之間產(chǎn)生干擾；

(2)在高頻的情況下，層間通過電路板寄生電容會(huì)產(chǎn)生耦合；

(3)在地平面之間（如數(shù)字地平面和模擬地平面）的信號(hào)線使用地橋進(jìn)行連接，并且通過就近的通孔配置最近的返回路徑。

(4)避免在隔離的地平面附近走時(shí)鐘線等高頻走線，引起不必要的輻射。

(5)信號(hào)線與其回路構(gòu)成的環(huán)面積盡可能小，也被稱為環(huán)路最小規(guī)則；環(huán)面積越小，對(duì)外的輻射越少，接收外界的干擾也越小。在地平面分割和信號(hào)走線時(shí)，要考慮到地平面與重要信號(hào)走線的分布，防止由于地平面開槽等帶來的問題。

地之間的連接方法，這里進(jìn)行一些整理。

① 地間電路板普通走線連接：使用這種方法可以保證在中兩個(gè)地線之間可靠的低阻抗導(dǎo)通，但僅限于中低頻信號(hào)電路地之間的接法。

② 地間大電阻連接：大電阻的特點(diǎn)是一旦電阻兩端出現(xiàn)壓差，就會(huì)產(chǎn)生很弱的導(dǎo)通電流，把地線上電荷泄放掉之后，最終實(shí)現(xiàn)兩端的壓差為零。

③ 地間電容連接：電容的特性是直流截止和交流導(dǎo)通，應(yīng)用于浮地系統(tǒng)中。

④ 地間磁珠連接：磁珠等同于一個(gè)隨頻率變化的電阻，它表現(xiàn)的是電阻特性。應(yīng)用于快速小電流波動(dòng)的弱信號(hào)的地與地之間。

⑤ 地間電感連接：電感具有抑制電路狀態(tài)變化的特性，可以削峰填谷，通常應(yīng)用于兩個(gè)有較大電流波動(dòng)的地與地之間。

⑥ 地間小電阻連接：小電阻增加了一個(gè)阻尼，阻礙地電流快速變化的過沖；在電流變化時(shí)候，使沖擊電流上升沿變緩。