PCB接地什么意思？8种PCB接地方案+14种PCB接地技巧总结秒懂

之后我会在这里和大家分享 DFM可制造性剖析、PCB设计、DFM工具，电路设计等干系的知识，请大家多多指教。

今天主要给大家大略先容一下：PCB 接地技巧。

PCB 接地 是 PCB Layout 工程师一贯都会关注的问题，例如：如何在板上方案有效地接地系统，是将仿照、数字、电源地等所有地单独布线还是单点一起布线？如何肃清电路板上的接地环路？

今天主假如关于 PCB 接地设计、PCB接地技巧、PCB 接地处理。

一、什么是接地？

虽然说这个问题看起来有点蠢，但不同类型的接地之间还是有差异的。
电气接地是一个导电体，它充当来自各种设备的电流的公共返回路径，常日称为 0 电位节点，系统中所有其他电压都是相对付这个节点。

这里先容接地不同类型的节点：

1、浮地

当系统没有可靠的接地连接时，就会发生浮地。
因此，接地端子和导体中的电压是不愿定的，无意浮动接地被认为是系统故障（接地系统中的潜在断路），但也有故意利用浮动接地的运用。

在低压电源和测试仪器中，隔离变压器用于将低压接地与主接地系统隔离，以提高安全性。
通过浮动低压侧的地，它避免了来自主电源的接地电流路径。
如果低压侧涌现故障，这将供应电气安全。

浮地

2、大地

这实际上是与地球的物理连接，充当耗尽剩余电流的安全返回点。

3、机箱接地（安全接地）

机箱接地（安全接地）是从互换电源到产品外壳或底盘的安全线的连接，接地和机箱接地具有相同的功能，常日与术语安全接地互换利用。

在 PCB 接地方面，没有一种万能的方法。
要确定将系统接地的最佳办法，你须要理解个中电流的流动办法。
但是，有多种方法可供选择，以及适用于大多数系统的最佳接地实践的一些提示。

4、旗子暗记地

旗子暗记地是电路中利用的任何仿照或数字旗子暗记的参考，大多数时候旗子暗记地即是电源地。
但在某些情形下，电路中的旗子暗记利用不同的隔离接地来返回旗子暗记电流，这导致为旗子暗记定义单独的接地，旗子暗记地可以在敏感设备和丈量仪器中找到。

事理图中用于接地的范例符号

在为仿照和数字部分划分电路板时，分离地常日连接在具有仿照和数字轨道连接的稠浊旗子暗记设备下方或附近。
当在稠浊旗子暗记设备下方的仿照地和数字地平面之间进行连接时，它能够以最短的长度运行稠浊旗子暗记走线，并减少滋扰设备周边其他仿照或数字旗子暗记的机会。

仿照地和旗子暗记地分开接地

5、虚地

虚地常见于运算放大器 (Op-Amp)。
虚拟接地点（节点）不直接连接到接地（GND）电流返回路径，而是保持与接地参考电位匹配。
虚拟接地用于剖析运算放大器的功能。

虚地

通过考虑虚拟接地电位，并假设运算放大器不接管电流，得到以下关系。

虚地皮算公式

6、互换接地

互换接地节点具有低阻抗直流值，纵然受到小的滋扰，该直流电压也是稳定的。
由于它的直流值，这个节点不能作为一个得当的地，但是由于它是稳定的，它可以作为一个参考点。

互换接地是将电源引入须要电网电源并以中等高电流运行的电路板的标准方法。
不才图中，我们将 3 线单相交流电引入系统，并利用变压器将其降压至电路板上所需的电平。

PCB 叠层中低级接地 (PGND) 和次级接地 (SGND) 之间的分离意味着我们现在在电路板上基本上有一个隔离电源以及我们的其他主要组件，这些组件可能是高速数字或精密仿照组件。

输入功率级隔离接地

7、底盘接地

电子产品中须要把稳的主要一点是，并非所有系统都有机箱接地（安全接地）。
常日，底盘接地是指外壳中的金属机箱，并与机箱建立连接。

在 3 线 AC 系统（火线、中性线和地线）或 3 线 DC 系统（DC+、DC 公共端和地线）中，机箱接地常日在电源进入电源的点处连接到大地。
插入系统的一部分也可以连接到机箱接地以接管噪声或出于安全缘故原由（例如，ESD 保护），如下面所示的示例。
这种支配为 3 线连接上的互换或直流输入供应了共模噪声过滤。

下面事理图中的机箱接地直接连接到电路板，并带有与外壳的低电感接地触点。
请把稳，连接器上的引脚 3 是地线。

底盘接地

底盘接地连接供应了三个功能：

由于机箱现在设置为全局 0 V 参考电位，因此机箱现在充当法拉第笼并供应宽带屏蔽。
它供应了一种安全功能，可以将寄生电流（ESD、短路或噪声）消散回大地。
它可以在此输入 EMI 滤波器上为共模噪声供应低阻抗吸收器，而无需在板上放置铁氧体或大扼流圈。

8、多地接地

多地接地常日在两台设备之间布线时涌现，并且电缆可能有一些屏蔽层连接到每一真个地线。

必须在这里小心，由于两个接地连接之间可能有直流电势差，在实验室丈量时可能约为 10 V。
如果接地桥接（例如沿屏蔽电缆利用屏蔽），接地偏移可能会导致大的直流电流流过电缆。

多地接地

二、并非所有接地都为 0V

悬空的导体或者系统中参考不同电源的导体可能不具有相同的 0 V 电位。
换句话说，两个不同的设备有两个接地参加，但连接到同一个参考，如果你丈量它们之间的电位，丈量得到是一个非 0电压。

在电源系统中，要把稳如何利用电容接地以确保接地参考保持同等。
Y级电容最得当，你须要肃清平面之间的直流偏移，同时供应电流隔离和高频EMI 滤波。

PCB接地电路

当两个设备引用相同的导体作为接地连接时，可能会发生下面这种情形。
如果你丈量长导体上的电位差（例如：利用万用表），它可能不为 0，这意味着沿着导体驱动了一些电流。
这种沿着大地或两个接地连接之间的电位差称为 “接地偏移”。

三、PCB 接地设计

1、地线

所有连接到地面的组件都通过公共迹线连接在一起，这在旧 PCB 和大略 PCB 中很常见。

地线

2、公共接地平面

公共接地平面是PCB设计中最常见的做法。
PCB 上未被走线或元件利用的自由空间被从地面覆盖。
公共接地平面显著改进了 PCB 的热特性，也有助于降落电磁滋扰 (EMI)。

公共接地平面

3、专用接地层

专用接地层用于多层 PCB，组件通过接地过孔连接到接地层。
可以在具有 3 层及以上层的密集繁芜 PCB 中找到。

专用接地层

4、电力系统接地

在电力系统安装中，所有接地连接都连接到接地母线。
该母线连接到接地导体，该接地导体连接到接地棒或接地网。

电力系统接地

接地母线将所有装置的所有接地线搜集到一个公共点。
该点的接地电阻应低于 5 欧姆，以供应更好的接地，利用高规格电线将接地母线连接到接地装置。
（接地棒和接地网）

5、等电位接地或者接地

等电位接地意味着保护区中的每个导电元件都应具有相同的接地电位，是通过电气连接设备底盘、金属管道和所有接地装置来实现的。

等电位确保了该区域中的任何导电部件之间没有明显的电位差，并防止在故障期间触电。

等电位接地或者接地

四、PCB 接地技巧

1、PCB 全部连接完全

PCB 布局上不应有任何未连接的东西。
如果你的板上有一个开放空间，得用铜和过孔添补它以连接接地层，这将为 PCB 的所有旗子暗记创建一个构造化的路径，以有效地到达地面。

2、接地层

利用接地层是许多 PCB 设计职员最常用的技能。
接地层常日由铜制成，覆盖 PCB 上没有组件或走线的所有区域。
一些规则适用于接地层，详细取决于电路板的层数。
例如，如果电路板有两层，则规则规定该当将接地层放在底层，将走线和组件放在顶层。

接地层

放置接地层时，应确保它不会形成导电材料环。
该环增加了接地层对电磁滋扰 (EMI) 的敏感性。
当外部磁场与导电环打仗时，它会充当电感，产生称为接地回路的电流。
接地回路会滋扰产生电噪声的其他电路。

当在全体底层的下方放置一个接地层并移除所有包含电气元件的部件时，可能会形成一个导电环。
应确保走线尽可能短，并在其下方放置接地层以防止涌现振铃。
此外，可以通过调度走线和组件的布局来避免创建导电环。

每个组件都必须单独连接到一个实心接地层以避免接地回路。

由连接到接地层的两条迹线形成的接地回路

利用机箱接地时，你可以通过在连接到机箱的接地部分放置一个空隙来避免接地回路，如下所示。
电容的利用供应了一个互换接地点。
对付须要利用墙壁电源并须要直接返回地面的电气设备来说，这是一种空想的情形。

肃清接地回路天线

3、仿照和数字组件排列

元件应支配在靠近地的旗子暗记层上，以使返回路径短且走线耦合到地。
如果 PCB 包含仿照和数字组件，则必须非常小心地放置接地连接。
电路板的仿照部分和数字部分该当在物理上分开，但它们仍旧须要连接到电源返回路径。

稠浊旗子暗记接地连接

有些人可能会建议将数字地和仿照地完备分开，然后利用铁氧体磁珠将它们连接起来，但这可能会产生比它所办理的更多的 EMI 和噪声问题，尤其是当在非常高的频率下事情时。

连接这些部分的一个好方法是将电源返回路径放置在两个平面之间，这样任何一个部分的返回电流都不会进入另一个平面。
主要的是要把稳，不应在两个接地层之间的间隙上布线任何走线，由于这会产生很长的电流返回路径，极易受到 EMI 的影响。
接地层之间的空间可用于放置 ADC 等稠浊旗子暗记组件。

4、接地层过孔

如果 PCB 的两侧都有接地层，它们将通过板上许多不同位置的过孔连接。
这些通孔是穿过电路板并将两侧相互连接的孔，许可从任何可以插入通孔的地方访问接地层。

利用过孔可以帮助你避免接地环路。
它们将组件直接连接到接地点，接地点通过低阻抗连接到电路的所有其他接地点，同时还有助于缩短返回循环的长度。

接地层过孔

接地平面常日在流入它的电流频率的特定波长处谐振。
你该当在接地层周围以精确的间隔放置过孔，以避免接地层谐振。
帐篷通孔是 PCB 板的一个主要方面，由于它们通过通孔将热量接管到板的另一侧，从而有助于冷却热运行的组件。

在 PCB 板布局没有过孔的情形下，可以利用小型钻孔机钻几个孔，然后将铜穿过孔并焊接，从而实现两侧的连接。

5、去耦

去耦是在集成电路芯片阁下履行LC 网络供应瞬态开关电流的过程。
为集成电路芯片安装电源引脚将它们连接到外部电源。
此外，还包含将它们连接到 PCB 接地层的接地引脚。

该当在电源引脚和组平面之间 放置去耦电容，以肃清由芯片中供应的电压产生的振荡。

高频去耦的精确和缺点放置

去耦电容对付改进和增强 PCB 的功能至关主要。
电容设计用于存储电荷，因此 PCB 中的去耦电容充当电荷存储设备。

因此，如果 IC 须要更多电荷，则去耦电容通过低电感路径向 IC 供应电荷。
除了增强 PCB 功能外，去耦电容还可以有效降落 多层平面上电源产生的噪声。
此外，去耦电容还降落了 EMI。

6、PCB 中的所有连接器都应接地

在连接器中，所有旗子暗记线必须并走运行。
因此，你必须利用接地引脚分离连接器。

每块电路板可能须要多个连接器引脚连接到地。
只有一个引脚可能会导致阻抗不匹配问题，从而导致振荡。
如果两个连接导体的阻抗不匹配，它们之间流动的电流可能会来回反弹，这些振荡会改变系统的性能并导致其无法按预期事情。

连接器的每个引脚的打仗电阻很低，但可能会随着韶光的推移而上升。
因此，最好利用多个接地引脚。
PCB 连接器中大约 30% 到 40%的引脚该当是接地引脚。

连接器有不同的间距，并且可以有不同数量的引脚排，连接器的引脚也可以平行于 PCB 表面或与其成直角。

7、始终供应一个共同的接地点

无论是单层 PCB 还是多层 PCB ，都须要一个点来将所有接地点连接在一起。
这可能是机箱上的金属框架或 PCB 上的专用接地层，你常日会听到将这个公共接地点称为星形接地。

始终供应一个共同的接地点

8、只管即便减少串联过孔

确保只管即便减少接地路径上的串联过孔，而是将组件接地直接发送到专用接地层。

添加到电路板的通孔越多，必须处理的阻抗就越大，这对付可以将阻抗路径变成电压差的快速瞬态电流尤其主要。

9、布线前设计接地

在进行任何布线之前，请务必先精确设计的地面，这是全体路由过程的根本。

10、确定 PCB 上电流的走向

许多设计职员只考虑他们的旗子暗记传输到哪里，但每个旗子暗记都有一条返回路径通过地面。
旗子暗记的发送和返回路径将具有相同的电流，这会影响电源稳定性和接地反弹。

你可以利用基尔霍夫电流定律来理解电流将如何通过你的电路。

确定 PCB 上电流的走向

11、叠层中的接地层

在多层 PCB 中，堆栈中电源、旗子暗记和接地层的排列对旗子暗记完全性有重大影响，并将影响布线策略。

将接地层保持在旗子暗记层附近以最小化电流的返回路径非常主要。
在 4 层板中，电源层和接地层常日位于内层，而旗子暗记走线和元件位于外两层。

12、方案接地平面之间的动态差异

在多层 PCB 的板之间发送接地连接时，始终操持动态变革。
在处理须要长间隔电缆的运用时尤其如此。

对付这些情形，你可以利用低压差分旗子暗记、光隔离器和共模扼流圈来掌握变革。

13、把稳稠浊旗子暗记的布线区分

电路板的仿照部分须要分开，这包括模数转换器和数模转换器。

在设计 PCB 的“平面图”时，务必将这些区域隔离开来。
ADC 的接地可以连接到一个公共接地点，数字旗子暗记可以通过该接地点通报到 PCB 的其他部分。

把稳稠浊旗子暗记的平面方案

14、避免接地回路

由两个走线连接形成的接地回路

根据履历，“接地回路”一词可以指系统受到接地电位差异影响的任何情形。
一个范例的例子是，当两个模块通过一根长电缆连接时，电缆中的返回电流导致一个模块的接地电压明显高于另一个模块的接地电压。
不过，这里专门指的是接地回路。
例如：

接地回路

如果你必须利用单独的 PCB 走线进行大量接地连接，则创建如上图所示的环路实在很随意马虎。

接地平面的存在并不虞味着不可能创建接地回路，由于 CAD 程序不会阻挡你在接地点之间绘制轨迹。
但是，如果你始终利用过孔或通孔进行接地连接，那么问题该当会在很大程度上消逝：通过将过孔放到平面上，你可以直接从组件连接到接地点，该接地点通过低阻抗连接到所有其他接地电路中的点。

避免接地回路

在 PCB 布局中精确放置组件很主要。
可以在组件正下方进行分割接地层的连接，以避免接地回路。

避免接地回路

在具有多个子系统的 PCB 布局中，可以仔细支配稠浊旗子暗记组件，以便在组件下方连接板分区以避免接地环路。

以上便是关于 PCB接地技巧，希望大家多多支持。

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