接地是電子設計中一個極其重要的問題

接地是一個極其重要的問題,有時關係到設計的成敗。

首先要明確的是,所有的接地都不是理想的,在任何時候都具有分佈電阻與分佈電感,前者在信號頻率較低時起作用,後者則在信號頻率高時成為主要影響因素。由於上述分佈參數的存在,信號在經過地線的時候,會產生壓降以及磁場。若這些壓降或磁場(以及由該磁場引起的感應電壓)耦合到其它電路的輸入,就可能會被放大(模擬電路中)或影響信號完整性(數字電路中)。所以,一般要求在設計時就考慮這些影響,有一個大致的原則如下:

1、在頻率較低的電路中(尤其是模擬電路或模數混合電路中的模擬部分),採用單點接地,即各級放大器的地線(包括電源線)分別接到電源輸出端,成為星形連接,並且在這個星的節點上接一個大電容。這樣做的目的是避免信號在地線上的壓降耦合到其他放大器中。

2、在模擬電路中(尤其是小信號電路)要避免出現地線環,因為環狀的地線會產生感應電流,此電流造成的感應電勢是許多幹擾信號的來源。

3、如果是單純的數字電路(包括模數混合電路中的數字部分)且信號頻率不高(一般不超過10兆),可以共用一組電源與地線,但是必須注意每個芯片的退耦電容必須靠近芯片的電源與地引腳。

4、在高速的數字電路(例如幾十兆的信號頻率)中,必須採取大面積接地,即採用4層以上的印製板,其中有一個單獨的接地層。這樣做的目的是給信號提供一個最短的返回路徑。由於高速數字信號具有很高的諧波分量,所以此時地線與信號線之間構成的迴路電感成為主要影響因素,信號的實際返回路徑是緊貼在信號線下面的,這樣構成的迴路面積最小(從而電感最小)。大面積接地提供了這樣的返回路徑的可能性,而採用其他的接地方式均無法提供此返回路徑。需要注意的是,要避免由於過孔或其他器件在接地平面上造成的絕緣區將信號的返回路徑割斷(地槽),若出現這種情況,情況會變得十分糟糕。

5、高頻模擬電路,也要採取大面積接地。但是由於此時的信號線要考慮阻抗匹配問題,所以情況更復雜一些,在這裡就不展開了。


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