• 正文
    • 什么是“地”?
    • 檢查電源地 vs 信號(hào)地
    • 高頻 vs 低頻信號(hào)的回流路徑不同
    • 模擬地 ≠ 數(shù)字地,絕不能混!
    • 包地:高速信號(hào)的護(hù)盾
    • 單點(diǎn)接地:地的最終歸宿
    • 全面總結(jié)
  • 相關(guān)推薦
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一文讀懂電子電路中的“地”:信號(hào)地、電源地、分地、包地、單點(diǎn)接地到底怎么回事?

06/03 16:09
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在電子設(shè)計(jì)中,很多問(wèn)題——信號(hào)干擾、ADC誤差、電源不穩(wěn)、EMI超標(biāo)……歸根結(jié)底,都是“地”的問(wèn)題!

今天就帶你深入理解**“電路中的地”,看懂信號(hào)地、電源地、模擬地、數(shù)字地、包地、分地、單點(diǎn)接地**這些容易混淆但至關(guān)重要的概念。

什么是“地”?

“地”(GND)并不是神秘的“接大地”,而是電流的回流路徑,是電路中一切信號(hào)的“參考零電位”。

在復(fù)雜系統(tǒng)中,“地”的設(shè)計(jì)直接決定信號(hào)質(zhì)量、電磁兼容性與系統(tǒng)穩(wěn)定性

檢查電源地 vs 信號(hào)地

電源地:承載大電流,是電源模塊的回流通道。

信號(hào)地:承載小電流,是數(shù)模信號(hào)的回流路徑。

圖1:電源回流路徑設(shè)計(jì)示意

設(shè)計(jì)關(guān)鍵:

電源輸入地與輸出地就近連接GND平面

濾波電容靠近芯片電源腳放置,縮短回流;

回流如果繞遠(yuǎn),會(huì)穿越旁路電容 → 產(chǎn)生干擾 → 導(dǎo)致EMI問(wèn)題!

高頻 vs 低頻信號(hào)的回流路徑不同

低頻信號(hào)(<50kHz):選“阻抗最小”的回流路徑;

高頻信號(hào)(>10MHz):選“感抗最小”的回流路徑 → 地面必須緊耦合

圖2:高頻信號(hào)線包地處理圖

包地技巧:

關(guān)鍵信號(hào)線兩側(cè)打GND過(guò)孔;

保證回流就近“包裹”信號(hào)線;

有效提升信號(hào)完整性、抗串?dāng)_能力。

模擬地 ≠ 數(shù)字地,絕不能混!

模擬地(AGND):供ADC/運(yùn)放參考,怕噪聲;

數(shù)字地(DGND):高速切換噪聲大;

若混接,數(shù)字噪聲輕松傳到模擬地,直接讓ADC測(cè)成“隨機(jī)數(shù)”!

?圖3:分地區(qū)域劃分示意圖

圖4:分地間距建議(≥1mm)

設(shè)計(jì)要點(diǎn):

不同功能區(qū)分地,合理布局;

保持地層分割帶,不跨區(qū)布線;

所有電源信號(hào)避免穿越地縫!

包地:高速信號(hào)的護(hù)盾

“包地”是高速線專(zhuān)屬護(hù)盾:

差分線、中高速數(shù)字線兩側(cè)打地孔;

構(gòu)成微帶結(jié)構(gòu),回流閉合,提升信號(hào)完整性;

適用于DDR/HDMI/LVDS/USB等高速場(chǎng)景。

單點(diǎn)接地:地的最終歸宿

不管你分了多少“地”,最終都要連接起來(lái)!

否則系統(tǒng)沒(méi)有共同參考,會(huì)失控。

圖5:串聯(lián)單點(diǎn)接地結(jié)構(gòu)

圖6:并聯(lián)單點(diǎn)接地結(jié)構(gòu)

兩種方式:

串聯(lián)接地:簡(jiǎn)單,但有共阻抗耦合;

并聯(lián)接地抗干擾強(qiáng),但接地線多,占空間大;

推薦:使用磁珠或0Ω電阻單點(diǎn)連接,既隔離高頻干擾,又方便調(diào)試。

全面總結(jié)

類(lèi)型 應(yīng)用 設(shè)計(jì)重點(diǎn)
電源地 DC-DC, LDO 回流最短,靠近大電流元件
信號(hào)地 控制、數(shù)據(jù)傳輸 包地處理,耦合GND層
模擬地 運(yùn)放、ADC 遠(yuǎn)離數(shù)字噪聲,獨(dú)立分區(qū)
數(shù)字地 MCU, FPGA 大面積接地,靠近GND腳
包地 高速數(shù)字信號(hào) 打孔護(hù)邊,閉合電流路徑
分地 混合信號(hào)系統(tǒng) 保持單參考面,不跨越分割
單點(diǎn)接地 多區(qū)域系統(tǒng) 用磁珠/0Ω連接,不能多點(diǎn)接地

最后提醒你幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題

1、你有為每條信號(hào)設(shè)計(jì)最短回流路徑嗎?
2、你是否跨越了不同地平面的分割?
3、你的模擬與數(shù)字地連接點(diǎn)是否只用了一處?
4、包地是否覆蓋了關(guān)鍵高速線?

如果你有一個(gè)“不確定”的答案,那很可能系統(tǒng)的穩(wěn)定性正被“地”悄悄影響!

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