工程師應(yīng)該都知道，在PCB Layout布線(xiàn)過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)面臨不同的GND處理，今天我就來(lái)講一下地線(xiàn)的作用。

●GDN地線(xiàn)的作用●

地線(xiàn)的主要作用就是當(dāng)電器出現(xiàn)故障時(shí)，電源可能擊穿(或：破壞)某些元件，使電器的外殼帶電。將電器的外殼接地，可以使用漏電保護(hù)裝置。

一、工作地

01 信號(hào)地 命名：SG

信號(hào)“地”（SG）又稱(chēng)參考“地”，就是零電位的參考點(diǎn)，也是構(gòu)成電路信號(hào)回路的公共段。

此處信號(hào)一般指模擬信號(hào)或者能量較弱的數(shù)字信號(hào)，易受電源波動(dòng)或者外界因素的干擾，導(dǎo)致信號(hào)的信噪比（SNR）下降。

特別是模擬信號(hào)，信號(hào)地的漂移，會(huì)導(dǎo)致信噪比下降；信號(hào)的測(cè)量值產(chǎn)生誤差或者錯(cuò)誤，可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計(jì)的失敗。因此對(duì)信號(hào)地的要求較高，也需要在系統(tǒng)中特殊處理，避免和大功率的電源地、數(shù)字地以及易產(chǎn)生干擾地線(xiàn)直接連接。

尤其是微小信號(hào)的測(cè)量，信號(hào)地通常需要采取隔離技術(shù)。

信號(hào)地線(xiàn)符號(hào)標(biāo)志

02 模擬地線(xiàn) 命名：AGND

模擬地線(xiàn)AGND，主要是用在模擬電路部分，如模擬傳感器的ADC采集電路，運(yùn)算放大比例電路、采樣保持器、比較器的零電位參考點(diǎn)等。

模擬地線(xiàn)符號(hào)標(biāo)志

PCB板上模擬地 在這些模擬電路中，由于信號(hào)是模擬信號(hào)，是微弱信號(hào)，很容易受到其他電路的大電流影響。如果不加以區(qū)分，大電流會(huì)在模擬電路中產(chǎn)生大的壓降，會(huì)使得模擬信號(hào)失真，嚴(yán)重可能會(huì)造成模擬電路功能失效。

03 數(shù)字地線(xiàn) 命名：DGND

數(shù)字地線(xiàn)DGND也叫邏輯地，是數(shù)字電路的零點(diǎn)位參考點(diǎn)。是相對(duì)模擬地線(xiàn)AGND而言，主要是用于數(shù)字電路部分，比如按鍵檢測(cè)電路，USB通信電路，單片機(jī)電路等。

數(shù)字地線(xiàn)符號(hào)標(biāo)志 之所以設(shè)立數(shù)字地線(xiàn)DGND，是因?yàn)閿?shù)字電路具有一個(gè)共同的特點(diǎn)，都屬于離散型的開(kāi)光量信號(hào)，只有數(shù)字“0”和數(shù)字“1”區(qū)分，如下圖所示。

數(shù)字信號(hào)

在由數(shù)字“0”電壓跳變成數(shù)字“1”電壓的過(guò)程中，或者由數(shù)字“1”電壓跳變成數(shù)字“0”電壓的過(guò)程中，電壓產(chǎn)生了一個(gè)變化，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，變化的電流周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，也就形成了對(duì)其他電路的EMC輻射。

沒(méi)辦法，為了降低電路的EMC輻射影響，必須使用一個(gè)單獨(dú)的數(shù)字地線(xiàn)DGND，讓其他電路得到有效的隔離。

04 功率地線(xiàn) 命名：PGND

模擬地線(xiàn)AGND也好，數(shù)字地線(xiàn)DGND也罷，它們都是小功率電路。在大功率電路中，如電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，電磁閥驅(qū)動(dòng)電路等等，也是存在一個(gè)單獨(dú)的參考地線(xiàn)，這個(gè)參考地線(xiàn)叫做功率地線(xiàn)PGND，主要是大電流網(wǎng)絡(luò)器件、功放器件的零點(diǎn)位參考點(diǎn)。

大功率電路，顧名思義，是電流比較大的電路。很顯然大的電流，容易造成不同功能電路之間的地偏移現(xiàn)象。

05 電源地線(xiàn) 命名：GND

模擬地線(xiàn)AGND，和數(shù)字地線(xiàn)DGND以及功率地線(xiàn)PGND，都被歸類(lèi)為直流地線(xiàn)GND。這些不同種類(lèi)的地線(xiàn)，最后都要匯集在一起，作為整個(gè)電路的0V參考地線(xiàn)，這個(gè)地線(xiàn)叫做電源地線(xiàn)GND。

電源，是所有電路的能量來(lái)源，所有電路工作需要的電壓電流，均是來(lái)自電源。因此電源的地線(xiàn)GND，是所有電路的0V電壓參考點(diǎn)。

這就是為什么其他類(lèi)型的地線(xiàn)，無(wú)論是模擬地線(xiàn)AGND，數(shù)字地線(xiàn)DGND還是功率地線(xiàn)PGND，最后都需要與電源地線(xiàn)GND匯集在一起。

06 交流地線(xiàn) 命名：CGND

交流電的零線(xiàn)。應(yīng)該與地線(xiàn)區(qū)別開(kāi)。交流地線(xiàn)CGND，一般是存在于含有交流電源的電路項(xiàng)目中，如AC-DC交流轉(zhuǎn)直流電源電路。

AC-DC電源電路，分為兩個(gè)部分。電路中的前級(jí)是AC交流部分，電路中的后級(jí)是DC直流部分，這就被迫形成了兩個(gè)地線(xiàn)，一個(gè)是交流地線(xiàn)，另一個(gè)是直流地線(xiàn)。

交流地線(xiàn)作為交流電路部分的0V參考點(diǎn)，直流地線(xiàn)作為直流電路部分的0V參考點(diǎn)。通常為了在電路中統(tǒng)一一個(gè)地線(xiàn)GND，工程師會(huì)將交流地線(xiàn)通過(guò)一個(gè)耦合電容或者電感與直流地線(xiàn)連接在一起。

07 大地地線(xiàn) 命名：EGND

人體的安全電壓是在36V以下，超過(guò)36V的電壓如果施加在人體身上，會(huì)導(dǎo)致人體受到損傷，這是工程師在開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)電路項(xiàng)目方案的一個(gè)安全常識(shí)。

為了增強(qiáng)電路的安全系數(shù)，工程師一般在高壓大電流的項(xiàng)目中使用大地的地線(xiàn)EGND，例如在家用電器電風(fēng)扇、電冰箱、電視機(jī)等電路中。具有大地地線(xiàn)EGND保護(hù)功能的插座。

家用電器的插座，為什么是3個(gè)接線(xiàn)端子？220V交流電只需要火線(xiàn)和零線(xiàn)，兩根就可以，那為什么插座是3個(gè)接線(xiàn)端子呢？

插座的3個(gè)接線(xiàn)端子，其中的兩個(gè)端子是用于220V的火線(xiàn)和零線(xiàn)，另外一個(gè)端子就是起保護(hù)作用的大地地線(xiàn)EGND。

需要重點(diǎn)指出的是大地地線(xiàn)EGND，它僅僅是連接到我們的地球，起到高壓保護(hù)作用，沒(méi)有參與項(xiàng)目電路功能，與電路功能無(wú)關(guān)。

所以大地地線(xiàn)EGND，與其他類(lèi)型的地線(xiàn)GND是存在明顯電路含義區(qū)別的。

08 懸浮地 命名：FG

懸浮地（FG）是系統(tǒng)中部分電路的地與整個(gè)系統(tǒng)的地不直接連接，而是通過(guò)變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。該部分電路的電平是相對(duì)于自己“地”的電位。常用在小信號(hào)的提取系統(tǒng)或者強(qiáng)電和弱電混合系統(tǒng)中。

其優(yōu)點(diǎn)是該電路不受系統(tǒng)中電氣和干擾的影響；缺點(diǎn)是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動(dòng)和增加對(duì)模擬電路的感應(yīng)干擾。

由于該電路的地與系統(tǒng)地沒(méi)有連接，易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強(qiáng)烈的干擾 因此，懸浮地的效果不僅取決于懸浮地絕緣電阻的大小，而且取決于懸浮地寄生電容的大小和信號(hào)的頻率。

09 熱地

開(kāi)關(guān)電源無(wú)需使用變壓器，其開(kāi)關(guān)電路的“地”和市電電網(wǎng)有關(guān)，即所謂的“熱地”，它是帶電的。

10 “冷地”

由于開(kāi)關(guān)電源的高頻變壓器將輸入、輸出端隔離；又由于其反饋電路常用光電耦合、既能傳送反饋信號(hào)又將雙方的“地”隔離；所以輸出端的地稱(chēng)之為“冷地”，它不帶電。

二、保護(hù)“地”

保護(hù)“地”是為了保護(hù)人員安全而設(shè)置的一種接線(xiàn)方式。保護(hù)“地”線(xiàn)一端接用電器，另一端與大地作可靠連接。

保護(hù)地線(xiàn)符號(hào)標(biāo)志

三、音響中的“地”

01 屏蔽線(xiàn)接地

音響系統(tǒng)為防止干擾，其金屬機(jī)殼用導(dǎo)線(xiàn)與信號(hào)“地”相接，這叫屏蔽接地。

02 音頻專(zhuān)用“地”

專(zhuān)業(yè)音響為了防止干擾，除了屏蔽“地”之外，還需與音頻專(zhuān)用“地”相連。此接地裝置應(yīng)專(zhuān)門(mén)埋設(shè)，并且應(yīng)與隔離變壓器、屏蔽式穩(wěn)壓電源的相應(yīng)接地端相連后作為音控室中的專(zhuān)用音頻接地點(diǎn)。

●地線(xiàn)怎么接？●

地線(xiàn)怎么接？接地線(xiàn)分兩步。

1、三眼插座分別上接地線(xiàn)，左接零線(xiàn)，右接相(火)線(xiàn)，洗衣機(jī)、電冰箱等的可靠金屬外殼也接地線(xiàn)。

三孔插座接線(xiàn)圖

2、地線(xiàn)接地，用鋼管、角鋼等金屬物埋入大地，具體根據(jù)大地的電阻值來(lái)選用，然后用電線(xiàn)連接至配電箱，再分接到各插座。

●高壓接地線(xiàn)怎么接？●

1、掛接地線(xiàn)時(shí)：先連接接地夾，后接接電夾；拆除接地線(xiàn)時(shí)，必須按程序先拆接電夾，后拆接地夾。

2、安裝：將接地軟銅線(xiàn)分相上雙眼銅鼻子固定在接地棒上的接電夾(接電夾有固定式和活動(dòng)式)相應(yīng)位置上，將接地線(xiàn)合相上的單眼銅鼻子固定在接地夾或地針上，構(gòu)成一套完整的接地線(xiàn)。

3、核實(shí)接地棒的電壓等級(jí)與操作設(shè)備的電壓等級(jí)是否一致。

4、接地軟銅線(xiàn)有分相式和組合式，接地棒有平口式和雙簧鉤式線(xiàn)夾。

●電腦地線(xiàn)怎么接？●

接地線(xiàn)的作用主要是為了消除靜電，如果不接的話(huà)，像顯示屏幕和主機(jī)箱都很容易帶來(lái)大量靜電。

一般樓房的三通電門(mén)就是帶地線(xiàn)的，只需要注意和電腦所連接的插線(xiàn)板也是三通插頭就可以了。

但是，有些平房不是雖然也有三通電門(mén)，但是并不具備導(dǎo)靜電的能力，所以你需要在機(jī)箱后面的螺絲上接一根電線(xiàn)，電線(xiàn)另一頭倒在地上或插在土里，靠這種土辦法來(lái)傳導(dǎo)靜電，這么做作用比較明顯，但是畢竟是土辦法，不會(huì)把靜電完全導(dǎo)掉。

●不同地線(xiàn)怎么接？●

01 數(shù)字地和模擬地應(yīng)分開(kāi)

在高要求電路中，數(shù)字地與模擬地必須分開(kāi)。即使是對(duì)于A/D、D/A轉(zhuǎn)換器同一芯片上兩種“地”最好也要分開(kāi)，僅在系統(tǒng)一點(diǎn)上把兩種“地”連接起來(lái)。

模擬地和數(shù)字地 模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力，對(duì)于模擬信號(hào)可采用屏蔽浮技術(shù)。對(duì)于具體模擬量信號(hào)的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊(cè)上的要求設(shè)計(jì)。

03 交流地與信號(hào)地不能共用

由于在一段電源地線(xiàn)的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)mV甚至幾V電壓，對(duì)低電平信號(hào)電路來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。

交流地

信號(hào)地

03 浮地與接地

系統(tǒng)浮地，是將系統(tǒng)電路的各部分的地線(xiàn)浮置起來(lái)，不與大地相連。這種接法，有一定抗干擾能力。但系統(tǒng)與地的絕緣電阻不能小于50MΩ，一旦絕緣性能下降，就會(huì)帶來(lái)干擾。通常采用系統(tǒng)浮地，機(jī)殼接地，可使抗干擾能力增強(qiáng)，安全可靠。

浮地與接地的比較。全機(jī)浮空即系統(tǒng)各個(gè)部分與大地浮置起來(lái)，這種方法簡(jiǎn)單，但整個(gè)系統(tǒng)與大地絕緣電阻不能小于50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會(huì)帶來(lái)干擾。還有一種方法，就是將機(jī)殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜。

04 屏蔽地

在控制系統(tǒng)中為了減少信號(hào)中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測(cè)和控制，對(duì)信號(hào)采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。 電場(chǎng)屏蔽解決分布電容問(wèn)題，一般接大地。 電磁場(chǎng)屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺(tái)等高頻電磁場(chǎng)輻射干擾，利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成，可接大地。

磁場(chǎng)屏蔽用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線(xiàn)圈等磁感應(yīng)，其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。

當(dāng)信號(hào)電路是一點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。如果電纜的屏蔽層地點(diǎn)在一個(gè)以上時(shí)，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當(dāng)一個(gè)電路有一個(gè)不接地的信號(hào)源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時(shí)，輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端；相反，當(dāng)接地的信號(hào)源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時(shí)，放大器的輸入端也應(yīng)接到信號(hào)源的公共端。

05 一點(diǎn)接地（單點(diǎn)接地）

控制系統(tǒng)、低頻系統(tǒng)宜采用一點(diǎn)接地，頻率在1MHz以下,可用一點(diǎn)接地。

在低頻電路中，通常頻率小于1MHz的電路，布線(xiàn)和元件之間不會(huì)產(chǎn)生太大影響，它的布線(xiàn)和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對(duì)干擾影響較大，因而應(yīng)采用單點(diǎn)接地。在1～10MHz，如果采用單點(diǎn)接地，其地線(xiàn)長(zhǎng)度不得超過(guò)波長(zhǎng)的1/20，否則應(yīng)采用多點(diǎn)接地方式。

單點(diǎn)接地 在低頻電路中，布線(xiàn)和元件間的電感并不是什么大問(wèn)題，然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大。因此，常以一點(diǎn)作為接地點(diǎn)。

06 多點(diǎn)接地

高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，高頻時(shí)，地線(xiàn)上具有電感因而增加了地線(xiàn)阻抗，同時(shí)各地線(xiàn)之間又產(chǎn)生電感耦合。

在高頻電路中，寄生電容和電感的影響較大。除了正確進(jìn)行接地設(shè)計(jì)、安裝，還要正確進(jìn)行各種不同信號(hào)的接地處理。

多點(diǎn)接地 當(dāng)信號(hào)工作頻率大于10MHz時(shí)，地線(xiàn)阻抗變得很大，此時(shí)應(yīng)盡量降低地線(xiàn)阻抗，應(yīng)采用就近多點(diǎn)接地。

●地線(xiàn)可以亂接嗎？●

肯定不可以，但一般針對(duì)這類(lèi)GND地線(xiàn)設(shè)計(jì)問(wèn)題，都簡(jiǎn)單的統(tǒng)一命名為GND。

在原理圖設(shè)計(jì)過(guò)程中沒(méi)有加以區(qū)分，導(dǎo)致在PCB布線(xiàn)的時(shí)候很難有效識(shí)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(dǎo)致一系列問(wèn)題：

01 信號(hào)串?dāng)_

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，這樣就產(chǎn)生了不同電路信號(hào)之間的串?dāng)_。

02 信號(hào)精度

模擬電路，它的考核核心指標(biāo)就是信號(hào)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(hào)的電壓精度值了。

03 EMC實(shí)驗(yàn)

信號(hào)越弱，對(duì)外的電磁輻射EMC也就越弱；信號(hào)越強(qiáng)，對(duì)外的電磁輻射EMC也就越強(qiáng)。

假如將不同電路的地線(xiàn)GND連接在一起，信號(hào)強(qiáng)電路的地線(xiàn)GND，直接干擾了信號(hào)弱電路的地線(xiàn)GND。其后果是原本信號(hào)弱的電磁輻射EMC，也成為了對(duì)外電磁輻射強(qiáng)的信號(hào)源，增加了電路處理EMC實(shí)驗(yàn)的難度。

04 電路可靠性

電路系統(tǒng)之間，信號(hào)連接的部分越少，電路獨(dú)立運(yùn)行的能力越強(qiáng)；信號(hào)連接的部分越多，電路獨(dú)立運(yùn)行的能力就越弱。

試想，如果兩個(gè)電路系統(tǒng)A和電路系統(tǒng)B，沒(méi)有任何的交集，電路系統(tǒng)A的功能好壞顯然是不能影響電路系統(tǒng)B的正常工作，同樣電路系統(tǒng)B的功能好壞也是不能影響電路系統(tǒng)A的正常工作。

假如在電路系統(tǒng)中，將不同功能的電路地線(xiàn)連接在一起，就相當(dāng)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(yùn)行的可靠性。

審核編輯：劉清