本内容介绍PCB信号地、机壳、屏蔽层等地的连接形式，接地与浮地，汽车电子系统接地。紫色文字是超链接，点击自动跳转至相关博文。持续更新，原创不易！

目录：

一、问题的引入

二、安规电容

1、作用

2、分类

3、注意

4、电路

三、关于地的介绍

四、信号“地”

1、浮地技术的应用

2、单点接地

3、混合接地

4、单板接地

5、带屏蔽层电缆的屏蔽层接地

6、电路设计接地要点

五、设备接大地

六、汽车电子系统接地

参考

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三、关于地的介绍

“地”是电子技术中一个很重要的概念。由于“地”的分类与作用有多种， 容易混淆,故总结一下“地”的概念。“接地”有设备内部的信号接地和设备接大地，两者概念不同，目的也不同。“地”的经典定义是“作为电路或系统基准的等电位点或平面”。 对于线路工程师来说，该术语的含义通常是‘线路电压的参考点’；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；对电气工程师来说，它是绿色安全地线或接到大地。 

PG(Power Ground)是电源地，指供电回路的接地；FG(Frame Ground)是机器的金属外壳或机架。

对一台机器来说，PG唯一，FG根据机器的结构可能多点。FG通过连接PG来形成保护回路，PG和FG实际上连在一起。

地类型总结：

PE、PGND、FG：保护地或机壳；BGND或DC-RETURN：DC48V(+24V)电源(电池)回流；GND：工作地；DGND：数字地；AGND：模拟地；LGND：防雷保护地。

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四、信号“地”

信号“地“又称参考“地“，零电位的参考点，也是构成电路信号回路的公共端。关于信号回流和跨分割的介绍移步：电源、信号完整性与高速电路。

① 直流地：直流电路“地”，零电位参考点。
② 交流地：交流电的零线。应与地线区别开。
③ 功率地：大电流网络器件、功放器件的零电位参考点。
④ 模拟地：放大器、采样保持器、A/D转换器和比较器的零电位参考点。
⑤ 数字地：也叫逻辑地，是数字电路的零电位参考点。
⑥ “热地”：开关电源无需使用工频变压器，其开关电路的“地”和市电电网有关，即所谓的“热地”，带电  。
⑦ “冷地”：由于开关电源的高频变压器将输入、输出端隔离；又由于其反馈电路常用光电耦合器，既能传送反馈信号，又将双方的“地”隔离；所以输出端的地称之为“冷地”，不带电。

     信号接地

     设备的信号接地，可能是以设备中的一点或一块金属来作为信号的接地参考点，它为设备中的所有信号提供了一个公共参考电位。有单点接地，多点接地，浮地和混合接地。(这里主要介绍浮地)

     单点接地是指整个电路系统中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都直接接到这一点上。(给整个电路一个稳定的零电位参考，选这个接地点时，一定要注意地点或地平面的自身干净与否)在低频电路中，布线和元件之间不会产生太大影响。(线间，线与元件间的耦合电容)通常频率小于1MHz的电路，采用一点接地。
     多点接地是指电子设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上(即设备的金属底板)。在高频电路中，寄生电容和电感的影响较大。通常频率大于10MHz的电路，常采用多点接地或多层板(完整的地平面层)。

     浮地，即该电路的地与大地无导体连接。[ 虚地:没有接地，却和地等电位的点] 其优点是该电路不受大地电性能的影响。浮地可使功率地(强电地)和信号地(弱电地)之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰(RF电流)。 
     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。 

     系统浮地是将系统电路的各部分的地线浮置起，不与大地相连。 这种接法有一定抗干扰能力，但系统与地的绝缘电阻不能小于50MΩ，一旦绝缘性能下降，就会带来干扰。通常采用系统浮地、机壳接地，可使抗干扰能力增强，安全可靠。
     一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻，用以释放所积累的电荷，电荷累积电压抬高，可能会产生瞬间静电释放，击穿元件。注意控制释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。

对于浮地产品而言，主要通过串联磁珠（或增大共模阻抗），防止共模电压转化为差模电压，干扰敏感电路；其次，要注意PCB的布线，不仅使PCB板的各个电路对其参考地（数字地GND，而非接地产品的机壳地PG）保持零电位，而且在I/O、RST、CS（片选）等关键信号的滤波电路放置。这样，再恶劣的共模干扰也不会对数字电路产生干扰了。

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1、浮地技术的应用

1）交流电源地与直流电源地分开

一般交流电源的零线接地。但由于存在接地电阻和其上流过的电流(回路电流)，导致电源的零线电位并非为大地的零电位。另外，交流电源的零线上往往存在很多干扰，若交流电源地与直流电源地不分开，将对直流电源和后续的直流电路正常工作产生影响。因此，采用把交流电源地与直流电源地分开的浮地技术，可以隔离来自交流电源地线的干扰。

2）放大器的浮地技术

对于放大器而言，特别是微小输入信号和高增益的放大器，在输入端的任何微小的干扰信号都可能导致工作异常。因此，采用放大器的浮地技术，可以阻断干扰信号的进入，提高放大器的电磁兼容能力。

3）浮地技术的注意事项

（1）尽量提高浮地系统的对地绝缘电阻，从而有利于降低进入浮地系统之中的共模干扰电流。

（2）注意浮地系统对地存在的寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中。

（3）浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用，才能收到更好的预期效果。

（4）采用浮地技术时，应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。
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2、单点接地

串联单点接地中，许多电路之间有公共阻抗，因此相互之间由公共阻抗耦合产生的干扰十分严重。

A点电位：Va=(I1+I2+I3)R1

B点电位：Vb=(I1+I2+I3)R1+(I2+I3)R2

C点电位：Vc=(I1+I2+I3)R1+(I2+I3)R2+I3R3

从公式中可以看出，A、B、C各点的电位受电路工作电流影响，随各电路的地线电流而变化。尤其C点电位十分不稳定。在大功率和小功率电路混合的系统中，切忌使用，因为大功率电路的地线会影响小功率电路的正常工作。另外，最敏感的电路放在A点，这点最稳定。从放大器情况知道，功率输出级要放在A点，前置放大器放在B、C点。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，实践中可采用串联、并联混合接地。

混合接地使接地系统在低频和高频时呈现不同的特性，这在宽带敏感电路中是必要的。 电容对低频和直流有较高的阻抗，因此能够避免两模块之间的地环路形成。当将直流地和射频地分开时，将每个子系统的直流地通过10～100nF的电容器接到射频地上，这两种地应在一点有低阻抗连接起来，连接点应选在最高翻转速度（di/dt）信号存在的点。

模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。

一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，单点接在一起，或者通过1个零欧姆电阻连接(如下图)。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。

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3、混合接地

PCB抗干扰设计的几项常用措施做一些说明。

1）电源线设计

根据印制线路板电流的大小，尽量加租电源线宽度，减少环路电阻。同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增强抗噪声能力。

2）地线设计原则

(1)数字地与模拟地分开。若线路板上既有逻辑电路又有线性电路，应使它们尽量分开。低频电路的地应尽量采用单点并联接地，实际布线有困难时可部分串联后再并联接地。高频电路宜采用多点串联接地，地线应短而租，高频元件周围尽量用栅格状大面积地箔。

(2)接地线应尽量加粗。若接地线用很纫的线条，则接地电位随电流的变化而变化，使抗噪性能降低。因此应将接地线加粗，使它能通过三倍于印制板上的允许电流。如有可能，接地线应在2~3mm以上。

(3)接地线构成闭环路。只由数字电路组成的印制板，其接地电路布成团环路大多能提高抗噪声能力。

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4、单板接地

对于一般器件来说，就近接地是最好的，采用了拥有完整地平面的多层板设计后，对于一般信号的接地就非常容易了，基本原则是保证走线的连续性，减少过孔数量；靠近地平面或者电源平面等。

有些单板有对外的输入、输出接口，比如串口连接器、网口RJ45连接器等，若对它们的接地设计得不好也会影响到正常工作，例如网口互连有误码、丢包等，并且会成为对外的电磁干扰源，把板内的噪声向外发送。一般来说单独分割出一块独立的接口地，与信号地的连接采用细的走线连接，可以串上0欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。同样的，对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。

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5、带屏蔽层电缆的屏蔽层接地

屏蔽电缆屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是PCB信号地上，这是因为信号地上有各种的噪声，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压会驱动共模电流沿屏蔽层向外干扰，所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。当然前提是接口地也要非常的干净。

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6、电路设计接地要点

电子设计中，最常碰到的技术就是电路板的接地，从最常见的单模拟电路回路接地、单纯的数字电路回路接地到模拟数字电路的混合接地，从这些接地的方式中无不显示着电子设计的发展。如果你设计的产品还有其他的要求，例如经过EMC的检测，电路板的信号频率比较高(信号的上升时间为10ns甚至更低的数量级)，那么，需要考虑的接地技术又要符合此时的因素。那么，今天就来分析说明下在这些因素的接地技术。
　　在分析电路板的接地技术之前，首先要明白一个原因，接地技术是为了提高电路稳定的因素之一。在电路设计中，通过各种接地技术来减小环路，就是这种方法之一。现在简单说下减少地环路影响采取的技术。
　　A 采用光耦技术连接电路
　　在设计电路中，为了充分保护后级电路免予受到前面电路的影响，光耦隔离技术是常用的方法之一。这种设计中，可以很好的减少发送电路中对接受电路的影响，正是由于光耦的引入，大大减少了地环路对电路的影响。
　　B 采用隔离变压器技术连接电路
　　这种方法中，采用1:1的变压器，这样隔离了发送电路和接收电路。使接收电路的接地回路大大减小。
　　C 采用共模扼流圈
　　在电路设计中，接收电路通过共模扼流圈与发射电路相连，这样，可以使接收电路的回路大大减小，同时，也为接收电路的EMC检测提供良好的技术支持。
　　D 采用平衡电路技术
　　这种方法中，发送电路通常为多点并联的电源，通过各个相当于并联的模块电路，最后并联的各个模块并联单点接地。在平衡电路中，各个模块的电流流动互相不影响，从而提高系统的稳定性。
　　介绍完减小地环路的方法后，现在介绍下为了减少各种地的接地方法。
1）浮地技术
　　在电子设计中，常用的一种方法是浮地技术，这种方法的电路板的信号地和外部的公共地不相连接，从而保证了电路的良好的隔离。电路与外部的地系统有良好的隔离，不易受外部地系统上干扰的影响，但是，电路上易积累静电从而产生静电干扰，有可能产生危险电压。小型低速(<1mhz)设备可以采用工作地浮地(或工作地单点接金属外壳)、金属外壳单点接大地。
2）串联单点接地
　　由于其简单，在电路板设计中不用注意那么多，所以会使用的比较多。但是，这种电路容易存在共阻抗耦合，使各个电路模块相互影响。
3）并联单点接地
　　这种方法接地，虽然摆脱了串联单点接地的共阻抗耦合的问题，但是在实际的使用中，会引入接地线过多的烦心事，至于使用哪种，需要在实际的过程中综合评价。如果电路板面积允许，就使用并联模式，如果保持各个电路模块之间连接简单，那么采用串联模式。一般情况下，下载的板子中有电源模块，模拟电路模块，数字电路模块和保护电路模块，这种情况下，我采用并联单点接地的方法。
4）多点接地
　　多点基地技术在日常的设计中会使用的比较多，在多模块电路设计中使用的更多，这种接地方法可以有效地减少高频干扰问题，但是，也容易产生地环路的设计问题，这设计中要充分考虑到这一点，提高系统设计的稳定性。小型高速(>10MHz)设备的工作地应与其金属机壳实现多点接地，接地点的间距应小于最高工作频率波长的1/20，且金属外壳单点接大地。

5）数字地与模拟地

图4. 模拟电路和数字电路使用单点接地可降低高噪声数字电路引起的误差效应

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五、设备接大地

在工程实践中，除认真考虑设备内部的信号接地外，通常还将设备的PCB信号地、机壳与大地连在一起，以大地作为设备的接地参考点。设备接大地的目的是：

1）保护地，保护接地就是将设备正常运行时不带电的金属外壳（或构架）和接地装置之间作良好的电气连接。 为了保护人员安全而设置的一种接线方式。保护“地”线一端接用电器外壳，另一端与大地作可靠连接。

2）防静电接地，泄放机箱上所积累的电荷，避免电荷积累使机箱电位升高，造成电路工作的不稳定。

3）屏蔽地，避免设备在外界电磁环境的作用下使设备对大地的电位发生变化，造成设备工作的不稳定。

通常的做法：线路板地通过1个1M电阻并1个0.1uF电容接在机壳。

（1）外壳地如果不稳定或者有静电之类的，如果与电路板地直接连接，就会打坏电路板芯片，加入电容，就能把低频高压，静电之类的隔离起来，保护电路板。电路高频干扰之类的会被电容直接接外壳，起到了隔直通交的功能。

（2）那为什么又加一个1M的电阻呢？这是因为，如果没有这个电阻，电路板内有静电的时候，与大地连接的0.1uF的电容是隔断了与外壳大地的连接，也就是悬空的。这些电荷积累到一定程度，就会出问题，必须要与大地连接才行，所以这里的电阻用于放电。

（3）1M的电阻这么大，如果外面有静电、高压之类的，也能有效降低电流，不会对电路内的芯片造成损坏。

（4）被测产品若有上升沿时间大于uS级的浪涌或频率低于1MHz的共模干扰测试要求，电容两端还需并联压敏电阻、TVS管等瞬态抑制保护器件。

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六、汽车电子系统接地

为了节约电线材料和安装方便，现在的汽车电路都采用单线制，即电源线通过保险丝盒直接与各负载和开关连接，地线共用的办法：直接搭在车架金属机件上，负载和开关的地线也就近搭在车架金属机件上，利用发动机和汽车底盘（粱架）的金属体作公共通道。这种地线与车体相连接的方式就称为搭铁，也称为接地或接铁。一般来说采用地线搭铁，具有对电子器件干扰少，对车架及车身电化学腐蚀小，联接牢固的优点，大多数汽车采用地线搭铁。为了整车的安全性考虑， 一般需要考虑有两条以上搭铁线，一般采用蓄电池负极电线和发动机与大梁之间的搭铁线，同时也可考虑加入变速器与大粱之间、车厢金属壳体与大粱之间的搭铁线。搭铁线与普通线束有所不同，采用扁平的铜质或铝质编织线，电流承载能力很强。

正是由于单线制的接法，导致了不同的负载上的电流在不同的节点进入，因此可以将整个汽车的搭铁看成一条很长的电阻带。如果发生搭铁不良的现象，地偏移的现象更为明显。如发动机搭铁线紧固螺栓松动，或者重接搭铁线时随便安装，或者搭铁线接头腐蚀电阻增大，这些都会造成接触不良，迫使电流试图通过另外的回路， 引起电压降增大。

在设计模块的时候，有必要对信号与负载等做一个系统级的估计，考虑哪些必须使用双线回路，也就是说必须将信号地与模块的地用线拉回来，并在一起。 

汽车上所有的接地最终回到蓄电池和发电机的负极端。随着频率的增大，回路的阻抗也会增大，最终会导致电流流过不希望的回路，出现共模干扰，进而产生 EMC 效应,损坏产品。

如上图, 蓝色信号是在两根导线内部作往返传输的，称之为"差模"；而黄信号是在信号与地线之间传输的,称之为"共模"。

任何两根电源线或通信线上所存在的干扰，均可用共模干扰和差模干扰来表示：共模干扰在导线与地(机壳)之间传输，属于非对称性干扰，它定义为任何载流导体与参考地之间的不希望有的电位差；差模干扰在两导线之间传输，属于对称性干扰,它定义为任何两个载流导体之间的不希望有的电位差。在一般情况下,共模干扰幅度大、频率高，还可以通过导线产生辐射，所造成的干扰较大。差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小。

共模干扰的电流大小不一定相等，但是方向(相位)相同的。电气设备对外的干扰多以共模干扰为主，外来的干扰也多以共模干扰为主，共模干扰本身一般不会对设备产生危害，但是如果共模干扰转变为差模干扰，干扰就严重了,因为有用信号都是差模信号。

差模干扰的电流大小相等、方向(相位)相反。由于走线的分布电容、电感、信号走线阻抗不连续，以及信号回流路径流过了意料之外的通路等，差模电流会转换成共模电流。

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参考

汽车电子知识汇总

解读汽车电子系统接地设计及地偏移测试

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