电子设备中地线布线与处理

摘 要 在电子设备中，设计良好的接地系统及电缆屏蔽将可以避免许多噪声问题，提高设备的电磁兼容性，并且可以用很低的成本防止不希望有的干扰及发射，使设计的电路具有稳定的性能。本文主要针对此问题，详细地介绍了接地的类型，典型的接地方法等。

关键词 接地技术 接地类型 PCB地线布线

中图分类号：TH789 文献标识码：A

0前言

当设计一个产品时，在设计期间就考虑到接地是比较经济的办法，可以避免电路的重复设计和修改。一个设计良好的接地系统，不仅从PCB，而且能从系统的角度防止辐射和进行敏感度防护。如果在设计阶段没有认真考虑接地系统，或在对另一个不同产品进行设计时没有重新设计其接地系统，就意味着系统在系统功能性或EMC兼容性方面有可能失败。

1接地类型

1.1安全地

就是提供到大地接地点的回路，该回路从源到负载的连续的、低阻抗的呈弱电容的导体路径，可防止触电危险。

许多PCB都包含危险电压，如：电源组件，通信电路，延迟驱动仪表控制单元，功率变换模块以及类似的器件。如果印刷电路板短路，造成金属外壳充电，全部电压都将在外壳上，从而产生电击危险。因而，安全地的主要考虑是为了防止人、动物及其它生物触电，当产品处在危险的电压值时，就可能威胁生命。接地的同时，会引入地噪声电压，产生共模阻抗耦合，且接地线在射频时具有高阻抗，并随频率变化。因而，在设计PCB中，把安全地路径与频射产生电路分开是有益的。

1.2信号电压参考地

就是一个地阻抗的路径，信号电流经此路径返回其源。

在实际应用时，为了有效控制电路在工作中产生各种干扰，使之能符合电磁兼容原则。我们在设计电路时，不要在一个电路里面将它们混合设在一起，特别是数字地和模拟地就不能一根地线 ，否则两种电路将产生非常强大的干扰，使电路陷入瘫痪。

因此，对于数字和模拟电路，应该设置各自独立的参考地，尤其是存在敏感的模拟电路时。对于D/A和A/D转换器，必须设置一个公共的参考点，任何时候都不允许将参考点设置在两个位置。有时，要求有一个无源滤波器，例如在数字和模拟电路之间的铁氧体垫片，这些滤波器在高频时有效，以防寄生电容形成一个接地环路。

2典型接地的布线与处理

2.1单点接地（又叫鱼骨形或树形地）

单点接地连接是指在产品的设计中，接地线路与单独一个参考点相连。这种严格的接地设置的目的是为了防止来自两个不同子系统（有不同的参考电平）中的电流与射频电流经过同样的返回路径，从而导致共阻抗耦合。在单点接地中有两种方式：串联接地和并联接地。

2.1.1串联接地

如图1所示，串联接地是一个串级链结构，这种结构允许各个子系统的接地参考之间共阻抗耦合。而当频率高于1MHz时，该方法是不合理的。对于串联接地来说，通过最后返回路径L1的总电流是I1+I2+I3。I1和I3的电压也不是零，而是由下面的式子来定义的：

Va=（I1+I2+I3） L1

Vc=（I1+I2+I3） L1+（I2+I3） L2 +I3L3

如果说一定要采取这种接地方法，那么最敏感的电路必须直接设置在电源输入位置处，并且尽量远离低功率器件和电路。

2.1.2并联接地

如图2所示，这种方式的缺点是每个电流返回路径可能有不同的阻抗而导致接地噪声电压的加剧。如果多个印刷电路板组合使用，将会损坏低阻抗接地连接的期望效果。由于在每个电路到地中也存在分布电容，在使用这种布局时，应使每条回地路径上的电感值大致相同，从而对电路运行的影响不会出现多谐振。

另外，在单点接地技术中还存在辐射耦合的问题，主要在导线之间，导线与印刷电路板或者导线与外壳之间产生。

2.2多点接地（网格或大板地）

如图3所示，高频设计时为使接地阻抗最小，机座接地一般要使用多个连接点并将其连接到一个公共参考点上。多点接地之所以能减小射频电流返回路径的阻抗是因为有很多的低阻抗路径并联。低平面阻抗主要是由于电源和接地平板的低电感特性或在机座参考点上附加低阻抗的接地连接。

当在多层PCB中使用低阻抗接地平板，或在PCB与金属机座之间使用底座接地引线时，就像单点接地―样，应让走线（或导线）长度尽量短，以便使引线电感极小化。

3结语

总之，接地问题是一个表面上看似简单但实质上却是很复杂的系统工程。良好的接地系统设计，不仅可以有效地抑制外来电磁干扰的侵入，保证电气与电子设备和系统安全稳定可靠地运行，而且还能抑制向外界环境泄露电磁噪声和释放电磁污染。因此，对于接地系统的设计问题，必须给予足够的重视，从系统工程的角度出发研究和解决电子电气系统的接地问题。

参考文献

[1] Mark Montrose. Printed Circuit Board Design Techniques for EMC Compliance[M].IEEE Press，1996.

[2] 刘元安.兼容和印刷电路板理论设计和布线[M].北京：人民邮电出版社，2002.

[3] g旭.电子系统抗干扰实用技术[M].北京：国防工业出版社，2004.