实例讲解：GND地的设计原理与技巧

电路啊 2024-06-08 12:00

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在电路原理设计阶段，为了降低电路之间的互相干扰，工程师一般会引入不同的GND地线，作为不同功能电路的0V参考点，形成不同的电流回路。

一、地线的分类

二、细究GND的原理

一个地线GND怎么会有这么多区分，简单的电路问题怎么弄得这么复杂？为什么需要引入这么多细分的GND地线功能呢？

工程师一般针对这类GND地线设计问题，都简单的统一命名为GND，在原理图设计过程中没有加以区分，导致在PCB布线的时候很难有效识别不同电路功能的GND地线，直接简单地将所有GND地线连接在一起。虽然这样操作简便，但这将导致一系列问题：

1、信号串扰。假如将不同功能的地线GND直接连接在一起，大功率电路通过地线GND，会影响小功率电路的0V参考点GND，从而产生不同电路信号之间的串扰。

2、信号精度。模拟电路的考核核心指标就是信号的精度。失去精度，模拟电路也就失去了原本的功能意义。交流电源的地线CGND由于是正弦波，是周期性的上下波动变化，它的电压也是上下波动，不是像直流地线GND一样始终维持在一个0V上不变。将不同电路的地线GND连接在一起，周期性变化的交流地线CGND会带动模拟电路的地线AGND变化，这样就影响了模拟信号的电压精度值了。

3、EMC实验。信号越弱，对外的电磁辐射EMC也就越弱；信号越强，对外的电磁辐射EMC也就越强。假如将不同电路的地线GND连接在一起，信号强电路的地线GND，直接干扰了信号弱电路的地线GND，后果是原本信号弱的电磁辐射EMC，也成为了对外电磁辐射强的信号源，增加了电路处理EMC实验的难度。

4、电路可靠性。电路系统之间，信号连接的部分越少，电路独立运行的能力越强；信号连接的部分越多，电路独立运行的能力就越弱。试想，如果两个电路系统A和电路系统B，没有任何的交集，电路系统A的功能好坏是不能影响电路系统B的正常工作，同样电路系统B的功能好坏也不能影响电路系统A的正常工作。假如在电路系统中，将不同功能的电路地线连接在一起，就相当于增加了电路之间干扰的一个联系纽带，也即降低了电路运行的可靠性。

三、手把手教你画“GND”

“GND”在一块PCB板上的重要程度，不亚于水对人体的重要程度。怎么画好“GND”呢？只要注意下面这几点就可以了。

1、做好分区“GND”

在PCB板上，不同的模块功能会分布在不同的位置，而对应模块的“GND”要求也会不一样。

下图是一个电源地与信号地冲突的画板，此电路中电源的GND实际作用是“电源负极”而不是“0V参考地”，而信号部分的GND实际作用是“0V参考地”。

在这种情况下，电源地的不干净就导致了信号部分受干扰！这样的情况处理的方式分两种：

①将信号部分的地与电源部分的GND分开，不要直接连接；

②将信号部分的GND掏空，如果需要供电，就以走线的方式去供电。

2、不要跨步“GND”

还有一些受制于结构导致的，某一个模块本应完整的GND，被其他走线分割成多个区域的跨步GND。

例如下图的PCB电路所示，电源输入的负极接上PCB板后直接变成“GND”也就是①位置，往电源模块过去的方向上，①与②之间被信号线隔断；

②与③之间被5V输出隔断；

而③与④之间被芯片的使能隔断。

这样布局的GND虽然用万用表上测量是连通的，但是从原理图上的走线先后顺序，以及高频状态下的“地阻抗”来说都是不合理的。尤其是电源这个模块作为EMC问题的核心之一，地的布局一定要在同一层是完整的！

3、拒绝小蛮腰“GND”

在给PCB整个板子覆铜或者铺地时，经常会有一些地方因为其他位置的走线或者过孔导致“GND”与“GND”之间出现“小蛮腰”！

例如下面两张图片里面，左边是“小蛮腰”类型的GND，右边是“猪尾巴”类型的GND，这两种样式的GND对于EMI和EMS来说，都不是一个好的layout！“小蛮腰”类型的GND可以对其进行加宽，或者过于狭小的区域直接禁止铺铜，而“猪尾巴”类型的GND最好切掉不去铺铜，如果是其他功能需要，就多增加过孔，确保接地OK。