模拟地和数字地、单点接地和多点接地

1、有三种基本的信号接地方式：浮地、单点接地、多点接地。 1 浮地 目的：使电路或设备与公共地线可能引起环流的公共导线隔离起来，浮地还使不同电位的电路之间配合变得容易。 缺点：容易出现静电积累引起强烈的静电放电。 折衷方案：接入泄放电阻。2 单点接地 方式：线路中只有一个物理点被定义为接地参考点，凡需要接地均接于此。 缺点：不适宜用于高频场合。3 多点接地 方式：凡需要接地的点都直接连到距它最近的接地平面上，以便使接地线长度为最短。 缺点：维护较麻烦。4 混合接地 按需要选用单点及多点接地。PCB中的大面积敷铜接地 其实就是多点接地 所以单面Pcb也可以实现多点接地（实际操作中经常用这种方法，在这

2、里也应该注意有时候不可以不布地线，尤其是高速高频的，以及多层板的情况）。多层PCB大多为高速电路地层的增加可以有效提高PCB的电磁兼容性是提高信号抗干扰的基本手段，同样由于电源层和底层和不同信号层的相互隔离减轻了PCB的布通率也增加了信号间的干扰。    在大功率和小功率电路混合的系统中，切忌使用，因为大功率电路中的地线电流会影响小功率电路的正常工作。另外，最敏感的电路要放在A点，这点电位是最稳定的。解决这个问题的方法是并联单点接地。但是，并联单点接地需要较多的导线，实践中可以采用串联、并联混合接地。   将电路按照特性分组，相互之间不易发生干

3、扰的电路放在同一组，相互之间容易发生干扰的电路放在不同的组。每个组内采用串联单点接地，获得最简单的地线结构，不同组的接地采用并联单点接地，避免相互之间干扰。 这个方法的关键：绝不要使功率相差很大的电路或噪声电平 相差很大的电路共用一段地线。 这些不同的地仅能在通过一点连接起来。  为了减小地线电感，在高频电路和数字电路中经常使用多点接地。在多点接地系统中，每个电路就近接到低阻抗的地线面上，如机箱。电路的接地线要尽量短，以减小电感。在频率很高的系统中，通常接地线要控制在几毫米的范围内。 多点接地时容易产生公共阻抗耦合问题。在低频的场合，通过单点接地可以解决这个问题。但在高频时，只能通过

4、减小地线阻抗（减小公共阻抗）来解决。由于趋肤效应，电流仅在导体表面流动，因此增加导体的厚度并不能减小导体的电阻。在导体表面镀银能够降低导体的电阻。 通常1MHz以下时，可以用单点接地；10MHz以上时，可以用多点接地，在1MHz和10MHz之间时，可如果最长的接地线不超过波长的1/20，可以用单点接地，否则用多点接地。 接地电容的容量一般在10nF以下，取决于需要接地的频率。 如果将设备的安全地断开，地环路就被切断，可以解决地环路电流干扰。但是出于安全的考虑，机箱必须接到安全地上。图中所示的接地系统解决了这个问题，对于频率较高的地环路电流，地线是断开的，而对于50Hz的交流电，机箱都是可靠接地

5、的。工作接地按工作频率而采用以下几种接地方式： 7 V, s# h0 z; L) |1 V1. 单点接地工作频率低（<1MHz）的采用单点接地式（即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，并设置一个安全接地螺栓），以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地又分为串连和并联两种，由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合，所以低频电路最好采用并联的单点接地式。为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的安全接地螺栓上相连（浮地式除外） ! K1 j- a2 Y4 n

6、60; s3 k0 N$ ' ; d+ F; d+ d( h& n( 0 + S地线的长度与截面的关系为： : v$ I, ( ' x' ' i& B4 O! N- k; E% d( i7 u7 |S>0.83L （1） 5 P) m# l/ |, c* x. U/ S: D8 m" P, B' U. L7 B7 d" F+ a式中：L地线的长度，m； 5 s$ e* D, _2 s; T3 Z& B9 k& ) C+ e9 M5 j" bS地线的截面,mm2。 & D

7、* : O( c3 v; h/ : a7 _1 5 _( y+ P( D2. 多点接地 , y, M# z$ ( o3 u1 B+ z: F* r9 e1 k8 ?6 Y3 Y- U工作频率高（>30MHz）的采用多点接地式（即在该电路系统中，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路）。因为接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰，所以要求地线的长度尽量短。采用多点接地时，尽量找最接近的低阻值接地面接地。 . u2 l- x* o* q- u/ ; b$ a' F1 t- k( z& y/ R3. 混合接地工 6 x

8、3 C/ A5 z4 |: U" _9 J/ O+ Y+ r2 $ w* s1 U作频率介于130MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。 1 r0 j3 a/ $ u5 2 x8 m" b9 B3 l: M) g2 P( H4. 浮地浮地式即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能的影响；其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰；由于该电路的地与大地无导体连接，易产生静电积累而导致静电放电，可能造成静电击穿或强烈的干扰。因此，浮地的效果不仅取决于

9、浮地的绝缘电阻的大小，而且取决于浮地的寄生电容的大小和信号的频率。接地是电路系统设计中的一个很重要问题。目前，大多数数字电路都是以地为参考电压（ECL电路以电源为参考电压），只有所有的地都保持相同的电位，数字信号才能被正确的传送和接收；此外，良好的接地对电磁场有很好的屏蔽作用，能释放设备机壳上积累的大量的电荷，从而避免产生静电放电效应。电子设备中地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等，合理的应用接地技术，就能大大提高系统的抗干扰能力，减少EMI。     接地的方式可以分为三种：单点接地，多点接地和混合接地。其中单点接地该可以

10、分为串联单点接地和并联单点接地两种（见图1-8-7）：  |. o# A' t% Q/ L) A4 k6 n' : n( F* q1 t/ |) W9 N图1-8-75 J6 n' 5 ! w+ F5 v# . J      单点接地指所有电路的地线接到公共地线的同一点，以减少地回路之间的相互干扰。其中，串联单点接地指所有的器件的地都连接到地总线上，然后通过总线连接到地汇接点（如图1-8-8中a图）。由于大家共用一根总线，会出现较严重的共模耦合噪声，同时由于对地分布电容的影响，会产生并联谐振现象，大大增加地线的

11、阻抗，这种接法一般只用于低于1M的电路系统里。并联单点接地指所有的器件的地直接接到地汇接点，不共用地总线（如图1-8-8中b图）。可以减少耦合噪声，但是由于各自的地线较长，地回路阻抗不同，会加剧地噪声的影响，同样也会受到并联谐振的影响，一般使用的频率范围是1M到10MHZ之间。实际的情况中可以灵活采用这两种单点接地方式，比如，可以将电路按照信号特性分组，相互不会产生干扰的电路放在一组，一组内的电路采用串联单点接地，不同组的电路采用并联单点接地。这样，既解决了公共阻抗耦合的问题，又避免了地线过多的问题。总的来说，单点接地适用于较低的频率范围内，或者线长小于1/20波长的情况。- W; j) ?%

12、 _8 0 |6 w2 |0 X4 , j& g    多点接地指系统内各部分电路就近接地，比如，设备内电路都以机壳为参考点，而各个设备的机壳又都以地为参考点。这种接地结构能够提供较低的接地阻抗，这是因为多点接地时，每条地线可以很短；而且多根导线并联能够降低接地导体的总电感。在高频电路中，瞬间开关时的电流很大，这就要求信号回路的电感很小，所以必须使用多点接地，每根接地线的长度小于信号波长的1/20。多层PCB设计时采用的接地方法就属于多点接地。) c( B# u6 / 5 P/ h8 x    混合接地则是结合了单点接地和多点接地的综合应用，一般

13、是在单点接地的基础上再通过一些电感或电容多点接地（如图1-8-9），它是利用电感、电容器件在不同频率下有不同阻抗的特性，使地线系统在不同的频率下具有不同的接地结构，主要适用于工作在混合频率下的电路系统。比如对于电容耦合的混合接地策略中，在低频情况时，等效为单点接地，而在高频下则利用电容对交流信号的低阻抗特性，整个电路表现为多点接地。) U$ _* q/ M) y7 D+ & X ) Y. c1 f- 6 O) S, / l) t+ C    接地技术中还有一个很重要的部分就是数字电路与模拟电路的共地处理，即电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，如何降低数字信号和模

14、拟信号间的相互干扰呢？一般说来，数字电路的频率高，而模拟电路的对噪声的敏感度强，正因为如此，高频的数字信号线要尽可能远离敏感的模拟电路器件，同样，彼此的信号回路也要相互隔离，这就牵涉到模拟和数字地的划分问题。一般的做法是，模拟地和数字地分离，只在某一点连接，这一点通常是在PCB板总的地线接口处，或者在数模转换器的下方，必要时可以使用磁性元件（如磁珠）连接，如图1-8-10：, ?/ z+ K1 Z7 s5 U: B" 7 ) t1 Y% b4 . L$ Y    要注意的是，在数模混合电路设计中不能让模拟地和数字地交叠，这样两者会因为容性耦合而产生干扰噪声。另外，

15、任何信号线都不能跨越地间隙或是分割电源之间的间隙（如图1-8-11），在这种情况下，地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平模拟电流，该电流很容易受到外部信号干扰，这些都会引起严重的EMI问题。   n' u! y# k6 C3 Z( H2 J, w6 M: x% : s    另外，也有一种统一地的处理方法，也就是不进行地分割，但规定各自的范围，保证数字和模拟走线及回流不会经过对方的区域。这种策略一般实用于数模器件比例相当，并存在多个数模转换器件的情况，有利于降低地平面的阻抗，参考地线设

16、计如图1-8-12所示：$ : t! u( 5 I+ A , L# r#   n7 D6 O    在接地设计中还有个要点就是保证所有地平面等电位。因为如果系统存在两个不同的电势面，再通过较长的线相连的话就可能形成一个偶极天线，小型偶极天线的辐射能力大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比。所以要求同类地之间需要多个过孔紧密相连，而不同地（如模拟和数字地）之间的连接线也要尽量短一些。8 e& T4 S6 : Z) j     由于数字电路对地信号的完整要求格外严格，所以数字地设计时要尽量减小地线的阻抗，

17、一般可以将接地线做成闭环路以缩小电位差，提高电子设备的抗噪声能力。而对于较低频的模拟信号来说，考虑更多的是避免回路电流之间的互相干扰，所以不能接成闭环。一、PCB多层板设计中高速布线设计流程步骤如下：A：设计原理图；B：确认原理；C：检查电器连接是否完全；D：检查是否封装所有元件，是否尺寸正确；E：放置元件；F：检查元件位置是否合理（可打印1：1图比较）；G：可先布地线和电源线；H：检查有无飞线（可关掉除飞线层外其他层）；I：优化布线；J：再检查布线完整性；K：比较网络表，查有无遗漏；L：规则校验，有无不应该的错误标号；M：文字说明整理；N：添加制板标志性文字说明；二、PCB多层板设计中高速布

18、线一般需遵循以下几点：1、 3点以上连线，尽量让线依次通过各点，便于测试，线长尽量短：2、 引脚之间尽量不要放线，特别是集成电路引脚之间和周围。3、 不同层之间的线尽量不要平行，以免形成实际上的电容。4、 布线尽量是直线，或45度折线，避免产生电磁辐射。5、 地线、电源线至少10-15mil以上（对逻辑电路）。6、 尽量让铺地多义线连在一起，增大接地面积。线与线之间尽量整齐。7、 注意元件排放均匀，以便安装、插件、焊接操作。文字排放在当前字符层，位置合理，注意朝向，避免被遮挡，便于生产。8、 元件排放多考虑结构，贴片元件有正负极应在封装和最后标明，避免空间冲突。9、目前印制板可作4?5mil的

19、布线，但通常作6mil线宽，8mil线距，12/20mil焊盘。布线应考虑灌入电流等的影响。10、功能块元件尽量放在一起，斑马条等LCD附近元件不能靠之太近。11、过孔要涂绿油（置为负一倍值）。12、电池座下最好不要放置焊盘、过空等，PAD和VIL尺寸合理。13、布线完成后要仔细检查每一个联线（包括NETLABLE）是否真的连接上（可用点亮法）。14、振荡电路元件尽量靠近IC，振荡电路尽量远离天线等易受干扰区。晶振下要放接地焊盘。15、多考虑加固、挖空放元件等多种方式，避免辐射源过多。 多层板和双层板设计差不多，甚至布线更Easy，但估计你买不到这类书籍(比较偏，没多少人看)。 &#

20、160;   你有双层板的设计经验，多层就不难。         首先，你要划分层迭结构，为了方便设计，最好以基板为中心，向两侧对称分布，相临信号层之间用电地层隔离。     层迭结构(4层、6层、8层、16层)：     对于传输线，顶底层采用微带线模型分析，内部信号层用带状线模型。6层/10层/14层/18层基板两侧的信号层最好用软件仿真，比较麻烦。     6层/10层/

21、14层/18层等基板两侧是信号层，没有电地隔离，需要注意相临层垂直走线和避免交流环路。     如果还有其他电源，优先在信号层走粗线，尽量不要分割电地层。         =       玻璃纤维基板     -           FR4绝缘介质材料  &#

22、160;  S(*)           信号层(层号)     TOP          顶层信号层     BOTTOM   底层信号层     TOP        

23、0;   TOP             TOP            TOP   -            -         

24、  -           -     GND2          +5V              +5V          &

25、#160; +3.3V   =       -           -           -     +5V              S3

26、0;               S3               S3   -            =       -

27、0;          -    BOTTOM      S4               GND4            GND4    

28、                    -         =      -                 

29、       GND5          GND5            S5                      

30、;  -           -           -                        BOTTOM   

31、0;   S6              +1.5V                                 &

32、#160;          -            -                             &#

33、160;              +3.3V             S7                       

34、;                     -           -                    

35、                        BOTTOM       GND8                   

36、                                             =      

37、60;                                                 

38、60;         GND9                                        

39、0;                        -                          &#

40、160;                                       S10          

41、0;                                                 

42、0;   -                                               &#

43、160;                 +1.0V                                &#

44、160;                                -                  

45、                                               S12   &#

46、160;                                                  &

47、#160;         -                                         

48、0;                     GND13                            

49、0;                                   -                &

50、#160;                                                 S14

51、60;                                                  &#

52、160;            -                                       

53、;                         +1.8V                         

54、;                                       -            &#

55、160;                                                  

56、BOTTOM     其次，向厂家询问参数(介电常数、线宽、铜厚、板厚)，以便进行阻抗匹配。这些参数不必自己计算(算了也没用，厂家不一定能做到)，应由厂家提供。有了这些参数，就可以计算线宽、线间距(3W)、线长，这时就可以开始画板子了。         多层板有盲孔、埋孔、过孔三种，可以方便布线，但价格贵。有时需要减小板厚，以便插入PCI槽，而绝缘介质材料不满足要求(除非走私进口)，此时可以变通地采用非均匀板，例如：中间14层，边缘2层来解决，哎，那个贵呀。 

57、60;       高速线最好走内层，顶底层容易受到外界温度、湿度、空气的影响，不易稳定。如果需要测试，可以打测试过孔引出。不要再存有飞线、割线的幻想，多层板已经不需要“动手能力”了，因为线在内部而且高频，不能飞，线很密也不能钻孔。养成纸上作业的习惯，确保制板一次成功，否则，就地销毁吧，眼不见心不烦。         电地层的四个角采用圆弧布线，板子可能的话也作成椭圆型。地层比电源层面积大些(20H)。    

58、60;    剩下的内容和双层板一样，不外乎电磁兼容、始端终端阻抗匹配、时钟同步等等，这些书嘛，就到处都是了。一、过孔的寄生电容和电感过孔本身存在着寄生的杂散电容，如果已知过孔在铺地层上的阻焊区直径为D2,过孔焊盘的直径为D1,PCB板的厚度为T,板基材介电常数为,则过孔的寄生电容大小近似于：C=1.41TD1/(D2-D1)过孔的寄生电容会给电路造成的主要影响是延长了信号的上升时间，降低了电路的速度。举例来说，对于一块厚度为50Mil的PCB板，如果使用的过孔焊盘直径为20Mil（钻孔直径为10Mils），阻焊区直径为40Mil,则我们可以通过上面的公式近似算出

59、过孔的寄生电容大致是：C=1.41x4.4x0.050x0.020/(0.040-0.020)=0.31pF这部分电容引起的上升时间变化量大致为：T10-90=2.2C(Z0/2)=2.2x0.31x(50/2)=17.05ps从这些数值可以看出，尽管单个过孔的寄生电容引起的上升延变缓的效用不是很明显，但是如果走线中多次使用过孔进行层间的切换，就会用到多个过孔，设计时就要慎重考虑。实际设计中可以通过增大过孔和铺铜区的距离（Anti-pad）或者减小焊盘的直径来减小寄生电容。过孔存在寄生电容的同时也存在着寄生电感，在高速数字电路的设计中，过孔的寄生电感带来的危害往往大于寄生电容的影响。它的寄生串

60、联电感会削弱旁路电容的贡献，减弱整个电源系统的滤波效用。我们可以用下面的经验公式来简单地计算一个过孔近似的寄生电感：L=5.08hln(4h/d)+1其中L指过孔的电感，h是过孔的长度，d是中心钻孔的直径。从式中可以看出，过孔的直径对电感的影响较小，而对电感影响最大的是过孔的长度。仍然采用上面的例子，可以计算出过孔的电感为：L=5.08x0.050ln(4x0.050/0.010)+1=1.015nH如果信号的上升时间是1ns，那么其等效阻抗大小为：XL=L/T10-90=3.19。这样的阻抗在有高频电流的通过已经不能够被忽略，特别要注意，旁路电容在连接电源层和地层的时候需要通过两个过孔，这样

61、过孔的寄生电感就会成倍增加。二、如何使用过孔通过上面对过孔寄生特性的分析，我们可以看到，在高速PCB设计中，看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响，在设计中可以尽量做到：1从成本和信号质量两方面考虑，选择合理尺寸的过孔大小。必要时可以考虑使用不同尺寸的过孔，比如对于电源或地线的过孔，可以考虑使用较大尺寸，以减小阻抗，而对于信号走线，则可以使用较小的过孔。当然随着过孔尺寸减小，相应的成本也会增加。2上面讨论的两个公式可以得出，使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数。3PCB板上的信号走线尽量不换层，也就是说尽量不要使用不必要的过孔。4电

62、源和地的管脚要就近打过孔，过孔和管脚之间的引线越短越好。可以考虑并联打多个过孔，以减少等效电感。5在信号换层的过孔附近放置一些接地的过孔，以便为信号提供最近的回路。甚至可以在PCB板上放置一些多余的接地过孔。6对于密度较高的高速PCB板，可以考虑使用微型过孔。  1 为什么要分数字地和模拟地数字地和模拟地因为虽然是相通的，但是距离长了，就不一样了。同一条导线，不同的点的电压可能是不一样的，特别是电流较大时。因为导线存在着电阻，电流流过时就会产生压降。另外，导线还有分布电感，在交流信号下，分布电感的影响就会表现出来。所以我们要分成数字地和模拟地，因为数字信号的高频噪声很大，如果模拟地和

63、数字地混合的话，就会把噪声传到模拟部分，造成干扰。如果分开接地的话，高频噪声可以在电源处通过滤波来隔离掉。但如果两个地混合，就不好滤波了。2 如何设计数字地和模拟地在设计之前必须了解电磁兼容(EMC)的两个基本原则：第一个原则是尽可能减小电流环路的面积；第二个原则是系统只采用一个参考面。相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线(注：小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比)；而如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线(注：小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比)。在设计中要尽可能避免这两种情况。有人建议将

64、混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。如图1所示，我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两个地之间的间隙，信号电流的返回路径是什么呢？假定被分割的两个地在某处连接在一起(通常情况下是在某个位置单点连接)，在这种情况下，地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平模拟电流，

65、该电流很容易受到外部信号干扰。最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。另外，模拟地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。    了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅仅考虑信号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割，而且必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后通过该连接桥布线。这样，在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流回流路径，从而使形成的环路面积很小。    采用光隔离器

66、件或变压器也能实现信号跨越分割间隙。对于前者，跨越分割间隙的是光信号；在采用变压器的情况下，跨越分割间隙的是磁场。还有一种可行的办法是采用差分信号：信号从一条线流入从另外一条信号线返回，这种情况下，不需要地作为回流路径。    要深入探讨数字信号对模拟信号的干扰必须先了解高频电流的特性。高频电流总是选择阻抗最小(电感最低)，直接位于信号下方的路径，因此返回电流会流过邻近的电路层，而无论这个临近层是电源层还是地线层。在实际工作中一般倾向于使用统一地，而将PCB分区为模拟部分和数字部分。模拟信号在电路板所有层的模拟区内布线，而数字信号在数字电路区内布线。在这种情况下，数字信号返回电流不会流入到模拟信号的地。    只有将数字信号布线在电路板的模拟部分之上或者将模拟信号布线在电路板的数字部分之上时，才会出现数字信号对模拟信号的干扰。出现这种问题并不是因为没有分割地，