| 在大多數電子系統中，降噪是一個重要設計問題。與功耗限制、環境溫度變化、尺寸限制以及速度和精度要求一樣，必須處理好無所不在的噪聲因素，才能使最終設計獲得成功。
這里，我們不考慮用于降低“外部噪聲”（與信號一起到達系統）的技術，因為其存在一般不受設計工程師直接控制。相比之下，防止“內部噪聲”（電路或系統內部產生或耦合的噪聲）擾亂信號則是設計工程師的直接責任。今天我們就說說“接地”，而且是針對高頻工作的“接地"
“接地”(Grounding)一般指將電路、設備或系統連接到一個作為參考電位點或參考電位面的良好導體上，為電路或系統與“地”之間建立一個低阻抗的通道。
地線是作為電路或系統電位基準點的等電位體，是系統中各個電路的公共導體，任何電路的電流都會經過地線形成回路。然而，任何導體都存在著一定的阻抗，當地線中有電流通過時，根據歐姆定律，地線上就會有電壓存在，那么地線就不是一個等電位體。所以在實際設計電路或系統時，關于地線上各點的電位一定相等的假設就不是成立的，實際的情況是底線上各點存在電位差，有的相位差還可能很大。地線的公共阻抗會使各接地點間形成一定的電壓，從而就會產生接地干擾。
如上面所說，地線作為導體，存在一定的阻抗，顧名思義，阻抗也就是由電阻和感抗兩部分組成，即：
導體的阻抗是頻率的函數，隨著頻率的升高，阻抗增加很快。對于高速數字電路而言，電路的時鐘頻率是很高的，脈沖信號包涵豐富的高頻成分，因此會在地線上產生較大的電壓，則地線阻抗對數字電路的干擾十分可觀。
在電子產品的PCB設計中，抑制或防止地線干擾是需要考慮的最主要問題之一。所謂干擾，必然是發生在不同的單元電路、部件或系統之間，而地線干擾是指通過公用地線的方式產生的信號干擾。注意這里所提到的信號，通常是指交流信號或者跳變信號。地線干擾的形式很多，有人把它歸結成兩類：地線環路干擾、公共阻抗干擾，其實應該還要加上地線環路的電磁耦合干擾，因此是三類。下圖可以很好的說明三類地線干擾的成因。
一、地環路干擾。橫向，每根導線上的電流不同，因此會產生差模電壓，對電路造成影響。具體的說就是“其他電路單元B”的地線電流，在J、N、L、M形成的“地線環路”中，對放大器A1和A2造成了影響。由于這種干擾是由電纜與地線構成的環路電流產生的，因此成為地環路干擾。
二、地環路電磁耦合干擾。在實際電路的PCB上，J、N、L、M形成的“地線環路”將包圍一定的面積，根據電磁感應定律，如果這個環路所包圍的面積中有變化的磁場存在，就會在環路中產生感生電流，形成干擾。空間磁場的變化無處不在，于是包圍的面積越大干擾就越嚴重。
三、公共阻抗干擾。認真考察上圖所示的電路結構，我們將發現，J、N、L、M中，有一條連接是多余的，隨便去除其一，仍然可以滿足各個接地點的連通關系，同時又可以消除地線環路。那么，將哪一條連線去除比較合理呢？這時就要考慮另一類的干擾問題——公共阻抗干擾。
①去除J：這是最差的方案。J去除后地線環路似乎消失了，可是另一個更可怕的環路又形成了（I、N、L、M），其中I是信號線，因此干擾比原來有線J時還要嚴重。
②去除M：環路消失，但是我們發現，此時放大器A2的地線電流需要流過J、N到達接地零點，注意N段是A1和A2共同的接地線，因此A2接地電流在N上形成的電壓降就加到了A1上，形成干擾。這種因共用一段地線而形成的干擾稱為“公共阻抗干擾”。
③去除L：不僅不能解決A2與A1之間的公共阻抗干擾問題，還引起了“B單元電路”與A1、A2之間的公共阻抗干擾問題。
④去除N：看來這是最后的方法。其實這樣做將使M成為A1、A2的“公用阻抗”，同樣形成干擾。還是存在問題！但是，我們注意到，此法中的干擾是A1對A2的干擾，A2是后級，工作信號強度遠大于A1，因此A1對A2的干擾，很難造成不良后果。
最合理的走線方案是：去除N，然后將M的下端直接連到“接地信號零點”上。
以上是關于接地干擾產生的原因，下面再介紹的幾種常見的接地方式，結合前面對接地干擾產生原因的了解，有助于我們在實際設計PCB板電路時，正確的選擇干擾最小的接地方式，設計出合理的電路或系統。
信號接地方式可以大體上分為：單點接地、多點接地、混合接地和懸浮接地
一、單點接地。
單點接地就是把真個電路系統中的某一點作為接地的基準點，所有電路及設備的地線都必須接到這一點上，并以該點作為電路、設備的零電位參考點。單點接地又分為串聯單點接地和并聯單點接地。如下圖所示：
圖２.串聯單點接地
對于串聯式單點接地方式,如果該電路的功率很大,會產生很大的電路回流,在有限阻抗上會產生一個電壓降,造成電路和基準地之間的電壓參考值的差異可能使系統不能如預期的那樣工作。如存在多種不同功率等級的電路,不能采用串聯式單點接地方式,因為大功率電路產生大的回地電流,將影響低功率器件和電路。如果說一定要采取這種接地方法,那么最敏感的電路必須直接設置在電源輸入位置處,并且盡量遠離低功率器件和電路。串聯單點接地方式和結構都比較簡單，如果各個電路的接地引線比較短，其阻抗也會相對小。如果各個電路的接地電平差別不大，可以采用這種接地方式。
并聯單點接地方式中，每個電路單元獨用地線連接到同意地點，其優點是各電路的地點為只與本電路的地電流及地線阻抗有關，不受其他電路的影響。低頻時可有效的避免各電路單元之間的低阻抗干擾，但是也存在很多缺點。主要表現在：首先，各個電路分別采用獨立地線接地，需要多跟地線，勢必增加地線長度，從而增加地阻抗，結構復雜使用麻煩；其次，這種接地方式會造成各地線互相間的耦合，并且隨著頻率增加，地線阻抗、地線電感、電線電容都會增大，這種接地方式不適用高頻電路。
二、多點接地。
多點接地是指某一個系統中各個需要接地的電路、設備都直接接到距離它最近的接地平面上，一邊接地長度最短，接地阻抗減到最小。
當電子系統的工作頻率高于1MHz時,以致工作波長與系統接地引線的長度可比擬時,地線就象一根終端短路的傳輸線,地線的電流、電壓呈駐波分布,地線變成了輻射天線,而不能起到地線的作用。為了減少接地阻抗,避免輻射,地線的長度應小于1/20波長,因而單點接地方法是不合理的,通常采用多點接地技術。多點接地電路結構簡單,接地線上可能出現的高頻駐波現象顯著減少,但多點接地可能會導致設備內部形成許多接地環路,容易對設備內部的敏感店里產生地環路干擾。 |
