拒絕小蠻腰！GND到底應(yīng)該如何分？
發(fā)布日期:2024-11-11
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在電路原理設(shè)計階段，為了降低電路之間的互相干擾，工程師一般會引入不同的GND地線，作為不同功能電路的0V參考點，形成不同的電流回路。
01 GND地線的分類
02 細(xì)究GND的原理
一個地線GND怎么會有這么多區(qū)分，簡單的電路問題怎么弄得這么復(fù)雜？為什么需要引入這么多細(xì)分的GND地線功能呢？工程師一般針對這類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：
1、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，從而產(chǎn)生不同電路信號之間的串?dāng)_。
2、信號精度。模擬電路的考核核心指標(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。
3、EMC實驗。信號越弱，對外的電磁輻射EMC也就越弱；信號越強(qiáng)，對外的電磁輻射EMC也就越強(qiáng)。假如將不同電路的地線GND連接在一起，信號強(qiáng)電路的地線GND，直接干擾了信號弱電路的地線GND，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(qiáng)的信號源，增加了電路處理EMC實驗的難度。
4、電路可靠性。電路系統(tǒng)之間，信號連接的部分越少，電路獨(dú)立運(yùn)行的能力越強(qiáng)；信號連接的部分越多，電路獨(dú)立運(yùn)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(yùn)行的可靠性。
03 手把手教你畫‘’GND‘’
“GND”在一塊PCB板上的重要程度，不亞于水對人體的重要程度。怎么畫好“GND”呢？只要注意下面這幾點就可以了。
1、做好分區(qū)“GND”
在PCB板上，不同的模塊功能會分布在不同的位置，而對應(yīng)模塊的“GND”要求也會不一樣。下圖是一個電源地與信號地沖突的畫板，此電路中電源的GND實際作用是“電源負(fù)極”而不是“0V參考地”，而信號部分的GND實際作用是“0V參考地”。在這種情況下，電源地的不干凈就導(dǎo)致了信號部分受干擾！這樣的情況處理的方式分兩種：1.將信號部分的地與電源部分的GND分開，不要直接連接；2.將信號部分的GND掏空，如果需要供電，就以走線的方式去供電。
2、不要跨步“GND”
還有一些受制于結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的，某一個模塊本應(yīng)完整的GND，被其他走線分割成多個區(qū)域的跨步GND。例如下圖的PCB電路所示，電源輸入的負(fù)極接上PCB板后直接變成“GND”也就是①位置，往電源模塊過去的方向上，①與②之間被信號線隔斷；②與③之間被5V輸出隔斷；而③與④之間被芯片的使能隔斷。這樣布局的GND雖然用萬用表上測量是連通的，但是從原理圖上的走線先后順序，以及高頻狀態(tài)下的“地阻抗”來說都是不合理的。尤其是電源這個模塊作為EMC問題的核心之一，地的布局一定要在同一層是完整的！
3、拒絕小蠻腰“GND”
在給PCB整個板子覆銅或者鋪地時，經(jīng)常會有一些地方因為其他位置的走線或者過孔導(dǎo)致“GND”與“GND”之間出現(xiàn)“小蠻腰”！例如下面兩張圖片里面，左邊是“小蠻腰”類型的GND，右邊是“豬尾巴”類型的GND，這兩種樣式的GND對于EMI和EMS來說，都不是一個好的layout！“小蠻腰”類型的GND可以對其進(jìn)行加寬，或者過于狹小的區(qū)域直接禁止鋪銅，而“豬尾巴”類型的GND最好不去鋪銅切掉，如果是其他功能需要，就多增加過孔，確保接地OK。
PCB板上的“GND”需要工程師的反復(fù)檢查，以及全局布局的考慮，不要圖方便而敷衍了事，也不要為了接地而接地！在鋪銅“GND”的時候，一定要注意區(qū)分各個部分的GND能否通鋪，密密麻麻的走線之間是否有“不合理”的GND，以及“GND”在各個區(qū)域的實際作用！
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