一、地的分類

工程師在設(shè)計電路時，為防止各種電路在電路正常工作中產(chǎn)生互相干擾，使之能相互兼容地有效工作。根據(jù)電路的性質(zhì)，將電路中“零電位”———“地”分為不同的種類，比如按交直流分為直流地、交流地，按參考信號分為數(shù)字地（邏輯地）、模擬地，按功率分為信號地、功率地、電源地等，按與大地的連接方式分為系統(tǒng)地、機殼地（屏蔽地）、浮地。不同的接地方式在電路中應(yīng)用、設(shè)計和考慮也不相同，應(yīng)根據(jù)具體電路分別進行設(shè)置。

1、信號地

信號地（SG）是各種物理量的傳感器和信號源零電位以及電路中信號的公共基準地線（相對零電位）。此處信號一般指模擬信號或者能量較弱的數(shù)字信號，易受電源波動或者外界因素的干擾，導(dǎo)致信號的信噪比（SNR）下降。特別是模擬信號，信號地的漂移，會導(dǎo)致信噪比下降；信號的測量值產(chǎn)生誤差或者錯誤，可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計的失敗。因此對信號地的要求較高，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)生干擾地線直接連接。尤其是微小信號的測量，信號地通常需要采取隔離技術(shù)。

2、模擬地

模擬地（AG）是系統(tǒng)中模擬電路零電位的公共基準地線。由于模擬電路既承擔小信號的處理，又承擔大信號的功率處理；既有低頻的處理，又有高頻處理；模擬量從能量、頻率、時間等都很大的差別，因此模擬電路既易接受干擾，又可能產(chǎn)生干擾。所以對模擬地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)更要充分考慮。減小地線的導(dǎo)線電阻，將電路中的模擬和數(shù)字部分開，在PCB布線的時候，模擬地和數(shù)字地應(yīng)盡量分開，最后通過電感濾波和隔離，匯接到一起。如圖1所示。

模擬地和數(shù)字地

3、數(shù)字地

數(shù)字地（DG）是系統(tǒng)中數(shù)字電路零電位的公共基準地線。由于數(shù)字電路工作在脈沖狀態(tài)，特別是脈沖的前后沿較陡或頻率較高時，會在電源系統(tǒng)中產(chǎn)生比較大的毛刺，易對模擬電路產(chǎn)生干擾。所以對數(shù)字地的接地點選擇和接地線的敷設(shè)也要充分考慮。盡量將電路中的模擬和數(shù)字部分分開，在PCB布線的時候，模擬地和數(shù)字地應(yīng)盡量分開，最后通過電感，匯接到一起。

4、懸浮地

懸浮地（FG）是系統(tǒng)中部分電路的地與整個系統(tǒng)的地不直接連接，而是通過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于自己“地”的電位。常用在小信號的提取系統(tǒng)或者強電和弱點混合系統(tǒng)中。

其優(yōu)點是該電路不受系統(tǒng)中電氣和干擾的影響；缺點是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動和增加對模擬電路的感應(yīng)干擾。由于該電路的地與系統(tǒng)地沒有連接，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烈的干擾c 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的頻率。

在圖2所示的VDD-SGND的電源供電系統(tǒng)中，所有工作點相對的地都是SGND，但是SGND和DGND之間是電平處于懸浮狀態(tài)，VDD-SGND的電源供電的系統(tǒng)與整個系統(tǒng)的連接完全通過變壓器耦合，在這里設(shè)計的時候需要注意信號的連接方式。

懸浮地變壓器耦合

5、電源地

電源地是系統(tǒng)電源零電位的公共基準地線。由于電源往往同時供電給系統(tǒng)中的各個單元，而各個單元要求的供電性質(zhì)和參數(shù)可能有很大差別，因此既要保證電源穩(wěn)定可靠的工作，又要保證其他單元穩(wěn)定可靠地工作。同時，電源系統(tǒng)功耗比大，在單層板或者雙層板中地線的線寬必須加粗。若在多層板中，則應(yīng)以一層或者多層作為系統(tǒng)的地平面。

6、功率地

功率地是負載電路或功率驅(qū)動電路的零電位的公共基準地線。由于負載電路或功率驅(qū)動電路的電流較強、電壓較高，所以功率地線上的干擾較大，因此功率地必須與其他弱電地分別設(shè)置、分別布線，以保證整個系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作。

二、接地方式

在低頻電路中，信號的工作頻率小于1MHz，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用一點接地。當信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。當工作頻率在1MHz~10MHz時，如果采用一點接地，其地線長度不應(yīng)超過波長的1-20，否則應(yīng)采用多點接地法。工作接地按工作頻率而采用如圖3所示幾種接地方式。

信號接地方式

（一）單點接地

工作頻率低（<1MHz）的采用單點接地式（即把整個電路系統(tǒng)中的一個結(jié)構(gòu)點看作接地參考點，所有對地連接都接到這一點上，并設(shè)置一個安全接地螺栓），以防兩點接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個電路的單點接地方式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種（如圖4所示）。由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合，所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點接地式。

串聯(lián)接地和并聯(lián)接地

為防止工頻和其他雜散電流在信號地線上產(chǎn)生干擾，信號地線應(yīng)與功率地線和機殼地線相絕緣，且只在功率地、機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連（浮地式除外）。

（二）多點接地

工作頻率高（>10MHz）的采用多點接地式（如圖4-5所示）。在該電路系統(tǒng)中，用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路。因為接地引線的感抗與頻率和長度成正比，工作頻率高時將增加共地阻抗，從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾，所以要求地線的長度盡量短。采用多點接地時，盡量找最接近的低阻值接地面接地。此處電路板最好設(shè)計為多層電路（4層以上），提供一層作為地平面。

多點接地

（三）混合接地

工作頻率介于1MHz~10MHz, 的電路采用混合接地式。當接地線的長度小于工作信號波長的1/20時，采用單點接地式，否則采用多點接地式。根據(jù)系統(tǒng)的需求和電路的需要進行合理的安排。

（四）懸浮接地

懸浮接地是系統(tǒng)的地與大地不直接連接，而是通過變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。懸浮接地應(yīng)注意以下幾點：

（1）盡量提高浮地系統(tǒng)的對地絕緣電阻，從而有利于降低進入浮地系統(tǒng)中的共模干擾電流，保證系統(tǒng)的可靠性。

（2）注意浮地系統(tǒng)對地存在的較大寄生電容，高頻干擾信號通過寄生電容仍然可能耦合到浮地系統(tǒng)之中，在設(shè)計時一定要注意。

（3）懸浮接地技術(shù)必須與屏蔽、隔離等電磁兼容性技術(shù)相互結(jié)合應(yīng)用，才能收到更好的預(yù)期效果。

（4）采用浮地技術(shù)時，系統(tǒng)容易積累靜電，當靜電積累到一定應(yīng)程度后，可以對人和設(shè)備產(chǎn)生很多的損害，所以要注意靜電和電壓反擊對設(shè)備和人身的危害。

三、接地電阻

（一）對接地電阻的要求

對電路系統(tǒng)而言，接地電阻越小越好，因為當有電流流過接地電阻時，其上將產(chǎn)生電壓。該電壓除產(chǎn)生共地阻抗的電磁干擾外，還會使設(shè)備受到反擊過電壓的影響，并使人員受到電擊傷害的威脅，同時還帶來系統(tǒng)的工作的不穩(wěn)定性和發(fā)熱。為了保護系統(tǒng)的正常工作，我們在設(shè)備接地時對接地電阻提出要求，一般要求接地電阻小于4Ω；對于移動設(shè)備，接地電阻可小于10Ω。系統(tǒng)接地的等效電路如圖4-6所示。系統(tǒng)接地不好，還會帶來寄生電感和寄生電容，這些可以導(dǎo)致地平面發(fā)生振蕩。

接地電阻的影響

（二）降低接地電阻的方法

接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻三部分組成。為此，降低接地電阻的方法有以下三種：

1、降低接地線電阻

降低接地線電阻的方法有增大導(dǎo)線的寬度，或者采用多層板，給出一層或者多層電源層，降低導(dǎo)線的內(nèi)阻。信號層可以對采用覆銅的方式。覆銅的類型有：

（1）整板（全部）覆銅；

（2）局部（部分）覆銅；

（3）分區(qū)覆銅（用于地種類復(fù)雜，而且地線有不同的分區(qū)，比如模數(shù)混合電路）；

（4）分網(wǎng)絡(luò)覆銅（系統(tǒng)的特許需要，對某個或者幾個特定的網(wǎng)絡(luò)覆銅）。

2、降低接觸電阻

降低接觸電阻，為此要將接地線與接地螺栓、接地極牢靠地連接，同時要考慮系統(tǒng)接地極和土壤之間的接觸面積與緊密度。增加地極和土壤之間的接觸面積與緊密度，可以減小接觸電阻。

有的設(shè)備為了降低接觸點之間的電阻，在接觸點采用導(dǎo)電性能良好的材料；為了防止金屬被氧化而增加接觸電阻，必要時可以在接觸點鍍銀或者鍍金來保持良好的接觸效果，減小接觸電阻。

3、降低地電阻

降低地電阻，有些特殊系統(tǒng)，必須增加接地極的表面積和增加土壤的導(dǎo)電率（如在土壤中注入鹽水）。

則系統(tǒng)的垂直接地極接地電阻R為：

接地電阻計算公式

例如，黃土ρ取200Ω.m,L為2cm,d為0.05，則垂直接地極接地電阻R為80.67Ω。

如在土壤中注入鹽水，使ρ=20Ω.m時，則接地極接地電阻R為8.067Ω。

從上面的比較中，可以清楚地看出，接地電阻隨著大地電阻率降低而減少。在一些特許系統(tǒng)中，對接地電阻和地電阻要求比較嚴格時，降低大地的電阻率，增加大地的導(dǎo)電性能是一個很好的辦法。