高速系统PCB设计的接地技术简介.doc

理学院
高速光电信号数据采集技术
（小论文）
学 号：S
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。

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