工程師應(yīng)該都知道，在PCB Layout布線過程中，經(jīng)常會面臨不同的GND處理，今天我就來講一下地線的作用。

●GDN地線的作用●

地線的主要作用就是當(dāng)電器出現(xiàn)故障時，電源可能擊穿(或：破壞)某些元件，使電器的外殼帶電。將電器的外殼接地，可以使用漏電保護(hù)裝置。

一、工作地

01 信號地 命名：SG

信號“地”（SG）又稱參考“地”，就是零電位的參考點，也是構(gòu)成電路信號回路的公共段。

此處信號一般指模擬信號或者能量較弱的數(shù)字信號，易受電源波動或者外界因素的干擾，導(dǎo)致信號的信噪比（SNR）下降。

特別是模擬信號，信號地的漂移，會導(dǎo)致信噪比下降；信號的測量值產(chǎn)生誤差或者錯誤，可能導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計的失敗。因此對信號地的要求較高，也需要在系統(tǒng)中特殊處理，避免和大功率的電源地、數(shù)字地以及易產(chǎn)生干擾地線直接連接。

尤其是微小信號的測量，信號地通常需要采取隔離技術(shù)。

信號地線符號標(biāo)志

02 模擬地線 命名：AGND

模擬地線AGND，主要是用在模擬電路部分，如模擬傳感器的ADC采集電路，運算放大比例電路、采樣保持器、比較器的零電位參考點等。

模擬地線符號標(biāo)志

PCB板上模擬地 在這些模擬電路中，由于信號是模擬信號，是微弱信號，很容易受到其他電路的大電流影響。如果不加以區(qū)分，大電流會在模擬電路中產(chǎn)生大的壓降，會使得模擬信號失真，嚴(yán)重可能會造成模擬電路功能失效。

03 數(shù)字地線 命名：DGND

數(shù)字地線DGND也叫邏輯地，是數(shù)字電路的零點位參考點。是相對模擬地線AGND而言，主要是用于數(shù)字電路部分，比如按鍵檢測電路，USB通信電路，單片機電路等。

數(shù)字地線符號標(biāo)志 之所以設(shè)立數(shù)字地線DGND，是因為數(shù)字電路具有一個共同的特點，都屬于離散型的開光量信號，只有數(shù)字“0”和數(shù)字“1”區(qū)分，如下圖所示。

數(shù)字信號

在由數(shù)字“0”電壓跳變成數(shù)字“1”電壓的過程中，或者由數(shù)字“1”電壓跳變成數(shù)字“0”電壓的過程中，電壓產(chǎn)生了一個變化，根據(jù)麥克斯韋電磁理論，變化的電流周圍會產(chǎn)生磁場，也就形成了對其他電路的EMC輻射。

沒辦法，為了降低電路的EMC輻射影響，必須使用一個單獨的數(shù)字地線DGND，讓其他電路得到有效的隔離。

04 功率地線 命名：PGND

模擬地線AGND也好，數(shù)字地線DGND也罷，它們都是小功率電路。在大功率電路中，如電機驅(qū)動電路，電磁閥驅(qū)動電路等等，也是存在一個單獨的參考地線，這個參考地線叫做功率地線PGND，主要是大電流網(wǎng)絡(luò)器件、功放器件的零點位參考點。

大功率電路，顧名思義，是電流比較大的電路。很顯然大的電流，容易造成不同功能電路之間的地偏移現(xiàn)象。

05 電源地線 命名：GND

模擬地線AGND，和數(shù)字地線DGND以及功率地線PGND，都被歸類為直流地線GND。這些不同種類的地線，最后都要匯集在一起，作為整個電路的0V參考地線，這個地線叫做電源地線GND。

電源，是所有電路的能量來源，所有電路工作需要的電壓電流，均是來自電源。因此電源的地線GND，是所有電路的0V電壓參考點。

這就是為什么其他類型的地線，無論是模擬地線AGND，數(shù)字地線DGND還是功率地線PGND，最后都需要與電源地線GND匯集在一起。

06 交流地線 命名：CGND

交流電的零線。應(yīng)該與地線區(qū)別開。交流地線CGND，一般是存在于含有交流電源的電路項目中，如AC-DC交流轉(zhuǎn)直流電源電路。

AC-DC電源電路，分為兩個部分。電路中的前級是AC交流部分，電路中的后級是DC直流部分，這就被迫形成了兩個地線，一個是交流地線，另一個是直流地線。

交流地線作為交流電路部分的0V參考點，直流地線作為直流電路部分的0V參考點。通常為了在電路中統(tǒng)一一個地線GND，工程師會將交流地線通過一個耦合電容或者電感與直流地線連接在一起。

07 大地地線 命名：EGND

人體的安全電壓是在36V以下，超過36V的電壓如果施加在人體身上，會導(dǎo)致人體受到損傷，這是工程師在開發(fā)設(shè)計電路項目方案的一個安全常識。

為了增強電路的安全系數(shù)，工程師一般在高壓大電流的項目中使用大地的地線EGND，例如在家用電器電風(fēng)扇、電冰箱、電視機等電路中。具有大地地線EGND保護(hù)功能的插座。

家用電器的插座，為什么是3個接線端子？220V交流電只需要火線和零線，兩根就可以，那為什么插座是3個接線端子呢？

插座的3個接線端子，其中的兩個端子是用于220V的火線和零線，另外一個端子就是起保護(hù)作用的大地地線EGND。

需要重點指出的是大地地線EGND，它僅僅是連接到我們的地球，起到高壓保護(hù)作用，沒有參與項目電路功能，與電路功能無關(guān)。

所以大地地線EGND，與其他類型的地線GND是存在明顯電路含義區(qū)別的。

08 懸浮地 命名：FG

懸浮地（FG）是系統(tǒng)中部分電路的地與整個系統(tǒng)的地不直接連接，而是通過變壓器耦合或者直接不連接，處于懸浮狀態(tài)。該部分電路的電平是相對于自己“地”的電位。常用在小信號的提取系統(tǒng)或者強電和弱電混合系統(tǒng)中。

其優(yōu)點是該電路不受系統(tǒng)中電氣和干擾的影響；缺點是該電路易受寄生電容的影響，而使該電路的地電位變動和增加對模擬電路的感應(yīng)干擾。

由于該電路的地與系統(tǒng)地沒有連接，易產(chǎn)生靜電積累而導(dǎo)致靜電放電，可能造成靜電擊穿或強烈的干擾 因此，懸浮地的效果不僅取決于懸浮地絕緣電阻的大小，而且取決于懸浮地寄生電容的大小和信號的頻率。

09 熱地

開關(guān)電源無需使用變壓器，其開關(guān)電路的“地”和市電電網(wǎng)有關(guān)，即所謂的“熱地”，它是帶電的。

10 “冷地”

由于開關(guān)電源的高頻變壓器將輸入、輸出端隔離；又由于其反饋電路常用光電耦合、既能傳送反饋信號又將雙方的“地”隔離；所以輸出端的地稱之為“冷地”，它不帶電。

二、保護(hù)“地”

保護(hù)“地”是為了保護(hù)人員安全而設(shè)置的一種接線方式。保護(hù)“地”線一端接用電器，另一端與大地作可靠連接。

保護(hù)地線符號標(biāo)志

三、音響中的“地”

01 屏蔽線接地

音響系統(tǒng)為防止干擾，其金屬機殼用導(dǎo)線與信號“地”相接，這叫屏蔽接地。

02 音頻專用“地”

專業(yè)音響為了防止干擾，除了屏蔽“地”之外，還需與音頻專用“地”相連。此接地裝置應(yīng)專門埋設(shè)，并且應(yīng)與隔離變壓器、屏蔽式穩(wěn)壓電源的相應(yīng)接地端相連后作為音控室中的專用音頻接地點。

●地線怎么接？●

地線怎么接？接地線分兩步。

1、三眼插座分別上接地線，左接零線，右接相(火)線，洗衣機、電冰箱等的可靠金屬外殼也接地線。

三孔插座接線圖

2、地線接地，用鋼管、角鋼等金屬物埋入大地，具體根據(jù)大地的電阻值來選用，然后用電線連接至配電箱，再分接到各插座。

●高壓接地線怎么接？●

1、掛接地線時：先連接接地夾，后接接電夾；拆除接地線時，必須按程序先拆接電夾，后拆接地夾。

2、安裝：將接地軟銅線分相上雙眼銅鼻子固定在接地棒上的接電夾(接電夾有固定式和活動式)相應(yīng)位置上，將接地線合相上的單眼銅鼻子固定在接地夾或地針上，構(gòu)成一套完整的接地線。

3、核實接地棒的電壓等級與操作設(shè)備的電壓等級是否一致。

4、接地軟銅線有分相式和組合式，接地棒有平口式和雙簧鉤式線夾。

●電腦地線怎么接？●

接地線的作用主要是為了消除靜電，如果不接的話，像顯示屏幕和主機箱都很容易帶來大量靜電。

一般樓房的三通電門就是帶地線的，只需要注意和電腦所連接的插線板也是三通插頭就可以了。

但是，有些平房不是雖然也有三通電門，但是并不具備導(dǎo)靜電的能力，所以你需要在機箱后面的螺絲上接一根電線，電線另一頭倒在地上或插在土里，靠這種土辦法來傳導(dǎo)靜電，這么做作用比較明顯，但是畢竟是土辦法，不會把靜電完全導(dǎo)掉。

●不同地線怎么接？●

01 數(shù)字地和模擬地應(yīng)分開

在高要求電路中，數(shù)字地與模擬地必須分開。即使是對于A/D、D/A轉(zhuǎn)換器同一芯片上兩種“地”最好也要分開，僅在系統(tǒng)一點上把兩種“地”連接起來。

模擬地和數(shù)字地 模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力，對于模擬信號可采用屏蔽浮技術(shù)。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊上的要求設(shè)計。

03 交流地與信號地不能共用

由于在一段電源地線的兩點間會有數(shù)mV甚至幾V電壓，對低電平信號電路來說，這是一個非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。

交流地

信號地

03 浮地與接地

系統(tǒng)浮地，是將系統(tǒng)電路的各部分的地線浮置起來，不與大地相連。這種接法，有一定抗干擾能力。但系統(tǒng)與地的絕緣電阻不能小于50MΩ，一旦絕緣性能下降，就會帶來干擾。通常采用系統(tǒng)浮地，機殼接地，可使抗干擾能力增強，安全可靠。

浮地與接地的比較。全機浮空即系統(tǒng)各個部分與大地浮置起來，這種方法簡單，但整個系統(tǒng)與大地絕緣電阻不能小于50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會帶來干擾。還有一種方法，就是將機殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強，安全可靠，但實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。

04 屏蔽地

在控制系統(tǒng)中為了減少信號中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測和控制，對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。 電場屏蔽解決分布電容問題，一般接大地。 電磁場屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺等高頻電磁場輻射干擾，利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成，可接大地。

磁場屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線圈等磁感應(yīng)，其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。

當(dāng)信號電路是一點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點接地。如果電纜的屏蔽層地點在一個以上時，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當(dāng)一個電路有一個不接地的信號源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時，輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端；相反，當(dāng)接地的信號源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時，放大器的輸入端也應(yīng)接到信號源的公共端。

05 一點接地（單點接地）

控制系統(tǒng)、低頻系統(tǒng)宜采用一點接地，頻率在1MHz以下,可用一點接地。

在低頻電路中，通常頻率小于1MHz的電路，布線和元件之間不會產(chǎn)生太大影響，它的布線和器件間的電感影響較小，而接地電路形成的環(huán)流對干擾影響較大，因而應(yīng)采用單點接地。在1～10MHz，如果采用單點接地，其地線長度不得超過波長的1/20，否則應(yīng)采用多點接地方式。

單點接地 在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是什么大問題，然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大。因此，常以一點作為接地點。

06 多點接地

高頻電路應(yīng)就近多點接地，高頻時，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產(chǎn)生電感耦合。

在高頻電路中，寄生電容和電感的影響較大。除了正確進(jìn)行接地設(shè)計、安裝，還要正確進(jìn)行各種不同信號的接地處理。

多點接地 當(dāng)信號工作頻率大于10MHz時，地線阻抗變得很大，此時應(yīng)盡量降低地線阻抗，應(yīng)采用就近多點接地。

●地線可以亂接嗎？●

肯定不可以，但一般針對這類GND地線設(shè)計問題，都簡單的統(tǒng)一命名為GND。

在原理圖設(shè)計過程中沒有加以區(qū)分，導(dǎo)致在PCB布線的時候很難有效識別不同電路功能的GND地線，直接簡單地將所有GND地線連接在一起。

雖然這樣操作簡便，但這將導(dǎo)致一系列問題：

01 信號串?dāng)_

假如將不同功能的地線GND直接連接在一起，大功率電路通過地線GND，會影響小功率電路的0V參考點GND，這樣就產(chǎn)生了不同電路信號之間的串?dāng)_。

02 信號精度

模擬電路，它的考核核心指標(biāo)就是信號的精度，失去精度，模擬電路也就失去了原本的功能意義。

交流電源的地線CGND由于是正弦波，是周期性的上下波動變化，它的電壓也是上下波動，不是像直流地線GND一樣始終維持在一個0V上不變。

將不同電路的地線GND連接在一起，周期性變化的交流地線CGND會帶動模擬電路的地線AGND變化，這樣就影響了模擬信號的電壓精度值了。

03 EMC實驗

信號越弱，對外的電磁輻射EMC也就越弱；信號越強，對外的電磁輻射EMC也就越強。

假如將不同電路的地線GND連接在一起，信號強電路的地線GND，直接干擾了信號弱電路的地線GND。其后果是原本信號弱的電磁輻射EMC，也成為了對外電磁輻射強的信號源，增加了電路處理EMC實驗的難度。

04 電路可靠性

電路系統(tǒng)之間，信號連接的部分越少，電路獨立運行的能力越強；信號連接的部分越多，電路獨立運行的能力就越弱。

試想，如果兩個電路系統(tǒng)A和電路系統(tǒng)B，沒有任何的交集，電路系統(tǒng)A的功能好壞顯然是不能影響電路系統(tǒng)B的正常工作，同樣電路系統(tǒng)B的功能好壞也是不能影響電路系統(tǒng)A的正常工作。

假如在電路系統(tǒng)中，將不同功能的電路地線連接在一起，就相當(dāng)于增加了電路之間干擾的一個聯(lián)系紐帶，也即降低了電路運行的可靠性。

審核編輯：劉清