高速系统pcb设计的接地技术简介

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1、理学院高速光电信号数据采集技术（小论文）学号：S312117016专业：光学工程学生姓名：刘海帝任课教师：温强副教授2013年3月高速系统PCB设计的接地技术简介刘海帝理学院摘要：在电路或系统设计中，“地线”通常被定义为一个等位点,用来作为一个或更多系统的参考电平,为信号电流提供了一个低阻抗的路径,由于信号是通过电流来传播的,在电路中任何两点都存在一定的阻抗,从而造成两点之间存在电压差和电流。在直流状态下地线对电流呈现的阻抗很小,而在交流状态下地线对电流的阻抗会随着频率的提高而快速增大，那么地线阻抗所表现出来的干扰就极为显著。所以了解地线对

2、电路带来的干扰和PCB板印刷中常用的接地方式显得尤为重要。关键词：接地地线干扰PCB板“接地”(Grounding)一般指将电路、设备或系统连接到一个作为参考电位点或参考电位面的良好导体上，为电路或系统与“地”之间建立一个低阻抗的通道。地线是作为电路或系统电位基准点的等电位体，是系统中各个电路的公共导体，任何电路的电流都会经过地线形成回路。然而，任何导体都存在着一定的阻抗，当地线中有电流通过时，根据欧姆定律，地线上就会有电压存在，那么地线就不是一个等电位体。所以在实际设计电路或系统时，关于地线上各点的电位一定相等的假设就不是成立的，实际的情

3、况是底线上各点存在电位差，有的相位差还可能很大。地线的公共阻抗会使各接地点间形成一定的电压，从而就会产生接地干扰。如上面所说，地线作为导体，存在一定的阻抗，顾名思义，阻抗也就是由电阻和感抗两部分组成，即：导体的阻抗是频率的函数，随着频率的升高，阻抗增加很快。对于高速数字电路而言，电路的时钟频率是很高的，脉冲信号包涵丰富的高频成分，因此会在地线上产生较大的电压，则地线阻抗对数字电路的干扰十分可观。在电子产品的PCB设计中，抑制或防止地线干扰是需要考虑的最主要问题之一。所谓干扰，必然是发生在不同的单元电路、部件或系统之间，而地线干扰是指通过公用

4、地线的方式产生的信号干扰。注意这里所提到的信号，通常是指交流信号或者跳变信号。地线干扰的形式很多，有人把它归结成两类：地线环路干扰、公共阻抗干扰，其实应该还要加上地线环路的电磁耦合干扰，因此是三类。下图可以很好的说明三类地线干扰的成因。图1.地线干扰图解一、地环路干扰。横向，每根导线上的电流不同，因此会产生差模电压，对电路造成影响。具体的说就是“其他电路单元B”的地线电流，在J、N、L、M形成的“地线环路”中，对放大器A1和A2造成了影响。由于这种干扰是由电缆与地线构成的环路电流产生的，因此成为地环路干扰。二、地环路电磁耦合干扰。在实际电路

5、的PCB上，J、N、L、M形成的“地线环路”将包围一定的面积，根据电磁感应定律，如果这个环路所包围的面积中有变化的磁场存在，就会在环路中产生感生电流，形成干扰。空间磁场的变化无处不在，于是包围的面积越大干扰就越严重。三、公共阻抗干扰。认真考察上图所示的电路结构，我们将发现，J、N、L、M中，有一条连接是多余的，随便去除其一，仍然可以满足各个接地点的连通关系，同时又可以消除地线环路。那么，将哪一条连线去除比较合理呢？这时就要考虑另一类的干扰问题——公共阻抗干扰。①去除J：这是最差的方案。J去除后地线环路似乎消失了，可是另一个更可怕的环路又形成

6、了（I、N、L、M），其中I是信号线，因此干扰比原来有线J时还要严重。②去除M：环路消失，但是我们发现，此时放大器A2的地线电流需要流过J、N到达接地零点，注意N段是A1和A2共同的接地线，因此A2接地电流在N上形成的电压降就加到了A1上，形成干扰。这种因共用一段地线而形成的干扰称为“公共阻抗干扰”。③去除L：不仅不能解决A2与A1之间的公共阻抗干扰问题，还引起了“B单元电路”与A1、A2之间的公共阻抗干扰问题。④去除N：看来这是最后的方法。其实这样做将使M成为A1、A2的“公用阻抗”，同样形成干扰。还是存在问题！但是，我们注意到，此法中的

7、干扰是A1对A2的干扰，A2是后级，工作信号强度远大于A1，因此A1对A2的干扰，很难造成不良后果。最合理的走线方案是：去除N，然后将M的下端直接连到“接地信号零点”上。以上是关于接地干扰产生的原因，下面再介绍的几种常见的接地方式，结合前面对接地干扰产生原因的了解，有助于我们在实际设计PCB板电路时，正确的选择干扰最小的接地方式，设计出合理的电路或系统。信号接地方式可以大体上分为：单点接地、多点接地、混合接地和悬浮接地。一、单点接地。单点接地就是把真个电路系统中的某一点作为接地的基准点，所有电路及设备的地线都必须接到这一点上，并以该点作为电

8、路、设备的零电位参考点。单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。如下图所示：串联单点接地图２.串联单点接地对于串联式单点接地方式,如果该电路的功率很大,会产生很大的电路回流,在