深圳龙岗区PCB培训班

交流接地详解交流接地节点，以其低阻抗直流值特性，能在小干扰下保持稳定的直流电压。尽管它不适合作为物理地，但其稳定性使其成为理想的参考点。交流接地是引入电源至需电网电源且电流中等的电路板的常用方法。在此，我们以3线单相交流电为例，通过变压器将电压降至电路板适宜的水平。此外，PCB叠层中的初级接地(PGND)与次级接地(SGND)的分离，确保了电路板上电源与其他关键组件的隔离，如高速数字或精密模拟组件。

底盘接地详解
在电子产品中，底盘接地，即外壳中的金属机箱与地线的连接，是一个至关重要的安全措施。它通常在电源进入系统的点处与大地相连，旨在为系统提供稳定的参考点和保护。此外，部分插入系统的组件也可以与机箱接地相连，以吸收可能产生的噪声或出于安全考虑，例如静电放电保护。这种布置方式为3线连接上的交流或直流输入提供了有效的共模噪声过滤。
在原理图中，我们可以看到机箱接地直接与电路板相连，并通过低电感接地触点与外壳相连。值得注意的是，连接器上的引脚3通常作为地线使用，确保了稳定的接地连接。

首先，由于机箱被设定为全局0V参考电位，它类似于一个法拉第笼，为系统提供了宽频带屏蔽功能。其次，底盘接地还具备安全功能，能够将诸如静电放电（ESD）、短路或噪声等寄生电流有效地引导回大地，确保设备的安全运行。，底盘接地连接还能在输入端为共模噪声提供低阻抗路径，无需在电路板上额外添加铁氧体或大扼流圈等元件，简化了设计。而在多地接地的情况下，通常出现在两台设备之间的布线中，电缆的屏蔽层可能会连接到每一端的地线上。这里需要特别小心，因为两个接地连接之间可能存在直流电势差，例如在实验室测量时可能达到10V。如果不妥善处理，例如通过屏蔽电缆沿屏蔽进行接地桥接，那么接地偏移可能导致大的直流电流流过电缆，从而影响系统的稳定性和安全性。

并非所有接地都为0V在电力系统中，悬空的导体或参考不同电源的导体可能并不具备相同的0V电位。简言之，两个不同的设备可能各自连接至两个接地端，但它们共享的是同一个参考点。若测量这两设备间的电位，所得结果可能并非0V。为确保接地参考的一致性，在电源系统中需谨慎选择电容接地方式。Y级电容是理想之选，它能有效消除平面间的直流偏移，同时提供电流隔离及高频EMI滤波功能。

PCB接地电路与设计
在电子系统中，当两个设备共享同一接地连接时，有时会观察到一种现象：即使你测量的是长导体上的电位差（例如，使用万用表），其结果可能并非0V。这表示在导体中存在电流流动。这种电流沿着大地或两个接地连接之间的电位差异，被称为“接地偏移”。接下来，我们将探讨PCB接地设计的一些关键方面。首先，地线是至关重要的。在旧PCB和简单PCB设计中，所有连接到地面的组件通常都通过公共迹线进行连接。这种设计方式在某些情况下可能有效，但在高精度或高性能的应用中，可能需要进行更复杂的接地策略。
公共接地平面的应用
在PCB设计中，公共接地平面是一种常见的实践。它充分利用了PCB上未被走线或元件占用的空间，通过覆盖地面来形成一体化的接地层。这种设计不仅显著改善了PCB的热性能，还有助于减少电磁干扰（EMI）的影响。

专用接地层的应用
在多层PCB设计中，专用接地层发挥着至关重要的作用。通过接地过孔，组件得以与接地层相连结，从而确保了稳定的电气连接。这类设计在具有三层及以上的密集且复杂的PCB板中尤为常见。
电力系统中的接地设计
在电力系统的安装过程中，确保所有接地连接都妥善地与接地母线相连结。这个母线进一步与接地导体相接，而接地导体则负责与接地棒或接地网进行连接。这种设计旨在保障电力系统的安全稳定运行。
电力系统接地设计
在电力系统中，接地母线扮演着至关重要的角色，它汇集了所有装置的接地线，形成一个公共连接点。为了确保高效的接地效果，该点的接地电阻必须控制在5欧姆以下。同时，我们使用高规格电线将接地母线与接地装置（如接地棒和接地网）相连结，从而保障电力系统的稳定与安全。此外，等电位接地也是电力系统中不可或缺的一部分。它确保保护区内的每个导电元件都拥有相同的接地电位，通过电气连接设备底盘、金属管道以及所有接地装置来实现这一目标。等电位接地的核心价值在于消除该区域内任何导电部件之间的电位差，进而有效防止在故障情况下发生触电事故。

充分利用接地层，接地层是PCB设计中常用的技术，通常由铜制成，覆盖板上无组件或走线的区域。其具体应用需根据电路板的层数来定。例如，在两层电路板中，接地层常置于底层，而走线和组件则位于顶层。
接地层的设计与布局，在放置接地层时，必须小心谨慎，以确保它不会形成导电材料环。这种环路会增强接地层对电磁干扰（EMI）的敏感性。一旦外部磁场与该环路接触，它便会充当电感，引发所谓的接地回路电流。这种电流会干扰到其他产生电噪声的电路。为了避免在底层下方放置接地层时形成导电环，通常需要移除所有包含电气元件的部件。然而，这并不总是可能的，因此应尽力确保走线尽可能短，并在其下方也放置接地层，以减小振铃效应。另外，通过精心调整走线和组件的布局，也可以有效地避免创建出导电环路。每个电气组件都必须单独且稳固地连接到一个实心的接地层上，以确保不会产生接地回路。通过在机箱接地部分设置空隙，可有效避免由两条迹线连接至接地层所形成的接地回路。此外，电容的应用提供了一个理想的交流接地点，特别适用于那些需要墙壁电源并直接与地面相连的电气设备。

模拟与数字组件的布局
在电路板设计中，应将元件尽可能地靠近接地信号层进行布置，以确保返回路径的短捷，并减少走线与地的耦合。特别是在PCB同时包含模拟和数字组件的情况下，接地连接的布局必须格外谨慎。虽然电路板的模拟与数字部分在物理上被分隔，但它们仍需与电源返回路径相连通。混合信号接地连接，有人可能会提出将数字地与模拟地完全分隔，并通过铁氧体磁珠进行连接的方案。然而，这种方法可能会引发更多的电磁干扰（EMI）和噪声问题，特别是在高频操作时。更佳的做法是将电源返回路径置于两个平面之间，从而确保任一部分的返回电流都不会流入另一部分。关键在于，不应让任何走线穿越两个接地层之间的间隙，因为这会导致长距离的电流返回路径，容易受到EMI的影响。相反，这些间隙是放置混合信号组件如ADC的理想位置。

接地层过孔
若PCB的两侧均设有接地层，它们将通过板上众多位置的过孔相连结。这些过孔是贯穿电路板的孔洞，它们将两侧相互连接，提供从任何可插入过孔的位置访问接地层的途径。利用过孔，可以有效地避免接地环路问题。它们能直接将组件连接到接地点，而接地点又通过低阻抗与电路的所有其他接地点相连结。同时，过孔还有助于缩短返回循环的长度。

接地层过孔
接地平面在特定频率下会产生谐振，其波长与流入电流的频率相关。为了避免接地层谐振，我们需要在其周围以精确的间距布置过孔。这些过孔不仅连接两侧，还能通过吸收热量来协助冷却高负荷组件。在PCB板布局中，若未预设过孔，可以利用小型钻孔机轻松钻出几个孔，随后将铜线穿过孔并焊接，以实现两侧的电气连接。

去耦
去耦是在集成电路芯片附近设置LC网络，以提供瞬态开关电流的路径。集成电路芯片的电源引脚需连接到外部电源，同时，接地引脚也要与PCB的接地层相连结。为消除芯片供电电压产生的振荡，应在电源引脚与组平面之间加入去耦电容。
高频去耦的恰当与不当放置，去耦电容在PCB设计中扮演着至关重要的角色，它不仅用于改善和增强PCB的功能，还能有效降低多层平面上电源产生的噪声，并减少电磁干扰(EMI)。在高频环境中，正确的去耦电容放置对于确保IC的稳定供电和系统的性能至关重要。此外，在PCB设计中，所有连接器都应妥善接地。连接器中的信号线必须并行运行，并通过接地引脚进行分离。每块电路板可能需要多个连接器引脚连接到地，以确保阻抗匹配，避免振荡问题。同时，连接器的每个引脚都应具有低接触电阻，并建议使用多个接地引脚，以分散电流并提高系统的稳定性。无论PCB的层数如何，都需要一个公共接地点来将所有接地点连接在一起，通常称为星形接地。这个公共接地点可以是机箱上的金属框架或PCB上的专用接地层，它对于确保系统的稳定性和性能至关重要。