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電路設(shè)計(jì)中的“地”怎么設(shè)計(jì)，怎么連接一直是是硬件工程師在設(shè)計(jì)和調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常會(huì)遇到的挑戰(zhàn)之一。雷卯對(duì)地簡(jiǎn)單闡述如下：
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一、“地”的種類(lèi)和作用
雷卯在實(shí)際電路設(shè)計(jì)中，基本上會(huì)用到如下三種類(lèi)型“地”。
·信號(hào)地 (Signal Ground)。
信號(hào)地又分為：數(shù)字地和模擬地，電源地也可以歸為模擬地的一種。信號(hào)地基本上存在于我們的電路板中。
·保護(hù)地(Protective Ground/Earth)。
大多存在于交流和高壓的產(chǎn)品中，很多情況下我們把大地Earth 作為保護(hù)地，是從產(chǎn)品的安全角度考慮的接地類(lèi)型。
·機(jī)殼地(Chassis Ground)。
產(chǎn)品中接地的金屬外殼或者接地的金屬部件。
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二、接“地”常見(jiàn)問(wèn)題
1、接地電阻過(guò)大：當(dāng)接地電阻過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致接地系統(tǒng)失效或不穩(wěn)定，無(wú)法正常排除設(shè)備的電荷和故障電流。這可能會(huì)引起設(shè)備故障、信號(hào)干擾或觸電風(fēng)險(xiǎn)。硬件工程師需要通過(guò)合適的接地設(shè)計(jì)和維護(hù)，確保接地電阻符合規(guī)范要求。
2、地線回流問(wèn)題：在復(fù)雜電路中，可能存在地線回流問(wèn)題。這種問(wèn)題通常是由于地線路徑不良或地線回流電流過(guò)大造成的，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)干擾、噪聲增加以及設(shè)備性能下降。硬件工程師需要仔細(xì)分析電路，并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)解決地線回流問(wèn)題。
3、地線共享問(wèn)題：在某些情況下，多個(gè)設(shè)備可能共享同一地線。如果這些設(shè)備的接地方式不一致或接地電勢(shì)差較大，可能會(huì)導(dǎo)致地線干擾和回路閉合問(wèn)題。硬件工程師需要注意設(shè)備之間的接地一致性，并采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣?lái)避免地線共享問(wèn)題。
4、靜電放電問(wèn)題：靜電放電是在接地不良或者無(wú)接地情況下常見(jiàn)的問(wèn)題。當(dāng)設(shè)備或電路受到靜電影響時(shí)，可能會(huì)發(fā)生靜電放電現(xiàn)象，導(dǎo)致設(shè)備損壞或故障。硬件工程師需要采取合適的防靜電措施，如使用靜電防護(hù)設(shè)備、設(shè)計(jì)合理的接地系統(tǒng)等，以減少靜電放電問(wèn)題的發(fā)生。
遇到這些問(wèn)題怎么解決呢，雷卯EMC小哥分享自己在EMC整改中一些經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。
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三、數(shù)字地和模擬地如何連接?
·理論一
很多的設(shè)計(jì)者都知道有這樣的一個(gè)理論，在我們的電路板中，應(yīng)該把數(shù)字地和模擬地分開(kāi)，從而來(lái)減小數(shù)字電路和模擬電路之間的干擾。
（圖一）
如圖一這個(gè)所示的，綠色部分是電路板，黃色這兩個(gè)區(qū)域分別代表了數(shù)字地和模擬地，這個(gè)理論認(rèn)為數(shù)字地和模擬地的兩個(gè)鋪地平面應(yīng)該徹底分割開(kāi)來(lái)，然后在電路板上的某一個(gè)點(diǎn)上通過(guò)一個(gè)元件來(lái)連接。這個(gè)元件可以是一個(gè)零歐姆電阻，或者是一個(gè)電容，電感或磁珠。到底使用哪種元件，需要根據(jù)電路實(shí)際情況和EMC測(cè)試結(jié)果來(lái)決定。
·理論二
（圖二）
在電路板的某一點(diǎn)上直接使用銅箔連接數(shù)字地和模擬地，就如圖二所示。
以上兩種理論基本上是同一種類(lèi)型，主要是主張數(shù)字地和模擬地在大部分的區(qū)域是需要分開(kāi)的，然后在電路板上的某一個(gè)地方通過(guò)單點(diǎn)進(jìn)行連接，這個(gè)單點(diǎn)連接的地方正是數(shù)字電路和模擬電路互相有交集及互相進(jìn)行通訊的地方。所有通訊的信號(hào)就將以這一部分的地作為一個(gè)參考的平面。圖一中這一部分信號(hào)將找不到任何一個(gè)參考的局面，也就是說(shuō)這一部分信號(hào)將跨越。
通過(guò)一些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以上這兩種分割數(shù)字地和模擬地的方法并不能很好的提升信號(hào)的質(zhì)量，特別是對(duì)于高頻信號(hào)而言，因此，越來(lái)越多的設(shè)計(jì)者開(kāi)始相信第三章理論。
·理論三
如下圖所示：
在電路板上，并不區(qū)分?jǐn)?shù)字地和模擬地，而是使用一個(gè)完整的接地面，但在電路元件布局中盡可能的把數(shù)字電路和模擬電路分開(kāi)放置。那么數(shù)字電路和模擬電路之間的分隔我們需要遵循20H這樣一個(gè)準(zhǔn)則，H代表的是在電路板的層疊堆疊中，信號(hào)層到接地層的距離。
EMC小哥更推薦此種接地方法，當(dāng)然也要具體電路具體分析。
（圖三）
四、機(jī)殼地如何連接
1. 機(jī)殼地與大地連接 - 保護(hù)作用。
在我們的系統(tǒng)中如果有保護(hù)用的大地，需要將機(jī)殼地和大地進(jìn)行連接。
這種情況一般是發(fā)生在包含了交流電源的產(chǎn)品中。需要連接的原因主要是從安全的角度來(lái)考慮。
2. 機(jī)殼地與金屬屏蔽殼的接插件連接 - 屏蔽作用。
下面來(lái)看來(lái)看如何將機(jī)殼地連接到帶有金屬屏蔽殼的接插件上。
對(duì)于這樣的接插件，我們要盡可能的將其金屬屏蔽殼和機(jī)殼地之間進(jìn)行360度全方位的粘合，這樣做是為了對(duì)信號(hào)起到一個(gè)屏蔽的效果。
3.?機(jī)殼地與靜電放電地
電子設(shè)備接插件的靜電放電地通常應(yīng)該連接到設(shè)備的機(jī)殼地(Chassis Ground)或系統(tǒng)的地線上。比如USB接口用到防靜電ESD 元件 USBLC6-2SC6 , 建議它的地與USB插座地連接，并連接到機(jī)殼地上，靜電放電地連接到機(jī)殼地上，可以確保靜電放電時(shí)的電荷通過(guò)機(jī)殼地導(dǎo)向地面，消散靜電電荷，保護(hù)設(shè)備和電路。
4.?機(jī)殼地與電路板信號(hào)地連接
機(jī)殼地和電路板上的信號(hào)地的連接有兩種方式，單點(diǎn)連接和多點(diǎn)。這個(gè)地方其實(shí)存在爭(zhēng)議的地方，不同的設(shè)計(jì)者會(huì)支持并選用不同的方式，在這里呢，先來(lái)簡(jiǎn)單的介紹一下這兩種不同的方法。
·?單點(diǎn)接地
如上圖所示，灰色的這一圈代表的是一個(gè)機(jī)殼，而綠色的這個(gè)是電路板，這四個(gè)黃顏色的圈代表的是電路板上的安裝孔，在這個(gè)圖中，只有左上角這一個(gè)安裝孔是接地的，其他三個(gè)安裝孔和地之間沒(méi)有連接，機(jī)殼體和信號(hào)地之間只有唯一的連接點(diǎn)。這樣做的目的是為了避免形成地的回路，而實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，這樣的設(shè)置往往在直流和低頻電流中顯得比較有效。而在高頻電路中多點(diǎn)接地的方式可以更有效的抑制電磁噪聲，同時(shí)多點(diǎn)接地的方式在直流和低頻電路中也不會(huì)使電路的性能變得更差。
·?多點(diǎn)接地
上圖顯示的就是多點(diǎn)連接，在電路板上四個(gè)安裝孔，電路板上的信號(hào)地和機(jī)殼地之間有四個(gè)連接點(diǎn)，這種多點(diǎn)連接方式主要有兩個(gè)作用。
第一，通過(guò)減小傳遞阻抗的方式，來(lái)減小地平面上的電壓差，共模電流，從而抑制電磁噪聲，在很多情況下，這個(gè)共模電流或者說(shuō)共模電壓，它們是造成EMC問(wèn)題的一個(gè)主要原因。
第二，高速信號(hào)的電路板中高頻電壓所產(chǎn)生的噪聲，很大程度上會(huì)從地平面的邊緣發(fā)射出來(lái)。將這個(gè)信號(hào)地和機(jī)殼地多點(diǎn)連接，就可以平衡在地平面上不同位置上所產(chǎn)生的一個(gè)高頻電壓，從而提高電路的抗干擾能力。
EMC 小哥更推薦多點(diǎn)接地。
在我們使用多點(diǎn)連接的方法的時(shí)候，我們需要注意連接點(diǎn)的位置。
第一、是在電路板上這個(gè)地平面的每一個(gè)角都需要有一個(gè)連接點(diǎn)。
第二、個(gè)在設(shè)備對(duì)外每一個(gè)接口附近至少要有一個(gè)連接點(diǎn)。
第三、在產(chǎn)生高速信號(hào)的設(shè)備附近，至少要有一個(gè)連接點(diǎn)。
審核編輯：黃飛
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