【導(dǎo)讀】作為工程師是不是一談接地大家都有話要說、都有苦要述？接地到底是什么、有哪些？沒有人能給出標(biāo)準(zhǔn)答案。但是對于做產(chǎn)品的工程師而言，接地是實(shí)實(shí)在在擺在眼前的問題，是不可回避的技術(shù)。本文結(jié)合四個(gè)比較熱議的案例來展示給大家，看看接地有哪些要害，給我們工程師帶來哪些苦頭？
接地到底是什么、有哪些？沒有人給出標(biāo)準(zhǔn)答案。但是對于做產(chǎn)品的工程師而言，接地是實(shí)實(shí)在在擺在眼前的問題，是不可回避的技術(shù)。
第一個(gè)問題：接地首先要解決的是系統(tǒng)觀。
“PCB+接口+處理平臺(tái)+結(jié)構(gòu)”這是最基本的硬件系統(tǒng)，而硬件系統(tǒng)是產(chǎn)品的根本。接地在每個(gè)環(huán)節(jié)中都至關(guān)重要。如果你的接地觀僅限于PCB板級接地，那么你就OUT了。除非你的PCB板不與其他模塊連接，你的產(chǎn)品不是用來使用的，而是放到陳列室的！
第二個(gè)部分：從接地技術(shù)分類和機(jī)理講起，從接地的目的到接地的手段。
接地從大的方面主要是分為保護(hù)接地和工作接地兩種。
保護(hù)接地主要是保護(hù)設(shè)備和人身安全而設(shè)置的，比如防雷地和設(shè)備外殼的保護(hù)地；
工作地是針對設(shè)備正常工作或者進(jìn)一步的上升為良好工作所設(shè)置的接地，主要包括模擬地、數(shù)字地、功率地、屏蔽接地、防靜電接地等。這種分類也是從目的出發(fā)：保護(hù)和電磁兼容。
防雷接地
進(jìn)一步的分為直擊雷接地（俗話就是避雷針，專業(yè)叫引雷器）和感應(yīng)雷（專業(yè)叫雷擊電磁脈沖）接地。烏云密布的天，風(fēng)涌云動(dòng)的，總有摩擦生電，然后合久必分的云塊們帶著電荷再弱弱聯(lián)合，形成大的帶電體，而大地則是具有無限容量負(fù)電荷的海洋（用即成現(xiàn)象地球自轉(zhuǎn)+地磁南北極就判斷了），在靜電引力的作用下，大的帶電云塊，會(huì)使對應(yīng)地表感應(yīng)出大量電荷，而大地上的電荷分布存在尖端效應(yīng)，（即良導(dǎo)體表面曲率相關(guān)的電荷分布）。在避雷針的針尖部分電場強(qiáng)度就會(huì)很大，而陰雨天氣的空氣擊穿場強(qiáng)是比較低的，隨著電荷的不斷累積-感應(yīng)-針尖場強(qiáng)進(jìn)一步增強(qiáng)-達(dá)到空氣擊穿場強(qiáng)，這時(shí)針尖到云塊之間的空氣氣道就會(huì)被電離擊穿形成通道，進(jìn)而泄放電荷到大地或者到云塊，電荷中和后，恢復(fù)平靜。泄放電荷的同時(shí)伴隨聲光熱現(xiàn)象，我們就看到閃電聽到打雷聲了，在這種高頻雷電流泄放的同時(shí)，在電生磁的磁生電的機(jī)理下，就同時(shí)伴隨各種雷擊電磁脈沖的發(fā)生。這樣接地防護(hù)就必須要加一級感應(yīng)雷接地了，這種接地在形式上就是端口各種箝位保護(hù)器件到地以及機(jī)殼接地的等電位連接。
進(jìn)一步的分為直擊雷接地（俗話就是避雷針，專業(yè)叫引雷器）和感應(yīng)雷（專業(yè)叫雷擊電磁脈沖）接地。烏云密布的天，風(fēng)涌云動(dòng)的，總有摩擦生電，然后合久必分的云塊們帶著電荷再弱弱聯(lián)合，形成大的帶電體，而大地則是具有無限容量負(fù)電荷的海洋（用即成現(xiàn)象地球自轉(zhuǎn)+地磁南北極就判斷了），在靜電引力的作用下，大的帶電云塊，會(huì)使對應(yīng)地表感應(yīng)出大量電荷，而大地上的電荷分布存在尖端效應(yīng)，（即良導(dǎo)體表面曲率相關(guān)的電荷分布）。在避雷針的針尖部分電場強(qiáng)度就會(huì)很大，而陰雨天氣的空氣擊穿場強(qiáng)是比較低的，隨著電荷的不斷累積-感應(yīng)-針尖場強(qiáng)進(jìn)一步增強(qiáng)-達(dá)到空氣擊穿場強(qiáng)，這時(shí)針尖到云塊之間的空氣氣道就會(huì)被電離擊穿形成通道，進(jìn)而泄放電荷到大地或者到云塊，電荷中和后，恢復(fù)平靜。泄放電荷的同時(shí)伴隨聲光熱現(xiàn)象，我們就看到閃電聽到打雷聲了，在這種高頻雷電流泄放的同時(shí)，在電生磁的磁生電的機(jī)理下，就同時(shí)伴隨各種雷擊電磁脈沖的發(fā)生。這樣接地防護(hù)就必須要加一級感應(yīng)雷接地了，這種接地在形式上就是端口各種箝位保護(hù)器件到地以及機(jī)殼接地的等電位連接。
設(shè)備外殼的保護(hù)接地：目的就是防止內(nèi)部帶電線路絕緣破損，造成的“搭殼”而誤傷到人。形式就是在常規(guī)市電供電制式下，把所有金屬外殼設(shè)備的外殼接地，以分流絕大部分故障電流，進(jìn)而保護(hù)人身安全。
這里強(qiáng)調(diào)一下，從接地目的可以知道以上兩種接地，都是指接地球。
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案例一：ADC器件的接地
下面要講的工作接地就明顯與上文不同，都是針對信號或者噪聲的，往往都是低幅值的，一般不涉及人身和設(shè)備安全。而更多關(guān)注電磁兼容方面的設(shè)計(jì)需求。
所以關(guān)于工作接地的定義，就要改寫成：工作電流的返回路徑。信號分為DC和AC，返回路徑是信號在現(xiàn)有物理?xiàng)l件下，按照信號“自身特征參數(shù)”自主選擇出來的。既然這樣，我們能做的就是在一定程度上去預(yù)期設(shè)計(jì)物理?xiàng)l件。有一點(diǎn)需要強(qiáng)調(diào)的是：狗急了會(huì)跳墻，兔子急了會(huì)咬人，千萬千萬要給信號回流留出通路，不然你會(huì)發(fā)現(xiàn)你的產(chǎn)品無論EMS還是EMI都是嚴(yán)重超標(biāo)的。設(shè)備能不能正常工作，就只能看自己的造化了。這樣就要求我們在想要割地的時(shí)候，一定想好有沒有給信號返回留出哪怕一丁點(diǎn)兒的路徑。
以下行文將以4個(gè)案例的接地分析為主，包括ADC器件的接地、臺(tái)式電腦機(jī)箱會(huì)電人、隔離型開關(guān)電源接地+金屬外殼與板級工作地的連接方式。
工作地中的模擬地、數(shù)字地、功率地都可以歸為板級接地，這里主要提到PCB布局。
我崇尚的設(shè)計(jì)理念是能清楚預(yù)測和控制路徑的就人為分區(qū)加分割，不能清楚預(yù)測的就全部完整地平面，只分區(qū)不分割；當(dāng)然實(shí)際工作中，產(chǎn)品是多個(gè)模塊的，所以二者結(jié)合居多。
附件文中提到的直流返回路徑和交流返回路徑，二者都是走符合自身要求的最低阻抗路徑返回：即直流走最短到達(dá)路線，交流走最小面積路徑，需要強(qiáng)調(diào)的是，這里面積是指去向和回向所形成的面積，往往是指電路板截面相關(guān)的面積。
首先還是以模數(shù)混合設(shè)計(jì)舉例，最典型的就是ADC的接地方式了。附件講的很全面了，這里主要重復(fù)說明一些內(nèi)容。
如上圖所示，良好接地指導(dǎo)原則中很明確地指出“AGND和DGND需在外部短接連接至低阻抗地”。
“將芯片焊盤連接到封裝引腳難免產(chǎn)生線焊電感和電阻”，這里指A、B兩點(diǎn)焊盤到外圍引腳的阻抗，這是IC設(shè)計(jì)人員想方設(shè)法要做到最低的，但工藝只能這個(gè)樣子。
“有人問為什么不在內(nèi)部做好短接工作呢？”文中大概提到是為了為了防止進(jìn)一步耦合；怎么理解這一句？大概是說為了降低公共阻抗部分的耦合，進(jìn)而減少模擬部分因公共阻抗耦合到的數(shù)字噪聲的意思，所以一般廠家都不會(huì)在內(nèi)部短接AGND和DGND，而是留到外部盡量構(gòu)成星型接地。
“快速變化的數(shù)字電流在B點(diǎn)產(chǎn)生電壓，且必然會(huì)通過雜散電容CSTRAY耦合至模擬電路的A點(diǎn)”:針對低負(fù)載（BUFFER負(fù)載）的數(shù)字部分，ID由后級回路阻抗決定，VB由ID和ZP（由RP、LP構(gòu)成）決定，數(shù)字耦合到模擬的噪聲電壓VNA=ZP/ZP+ZC。
“將DGND連接到數(shù)字接地層會(huì)在AGND和DGND引腳兩端施加VNOISE，帶來嚴(yán)重問題！”這里的VNOISE是指整個(gè)AGND平面與整個(gè)DGND平面之間的噪聲。這里想表達(dá)的是如果同一個(gè)芯片的2個(gè)接地引腳跨接在兩個(gè)接地平面上會(huì)引發(fā)的問題。當(dāng)然這里只是針對這種小數(shù)字電流的ADC。
像這種ADC接地布局一般在模擬和數(shù)字電源端相互隔離去耦，在接地端保證低阻連接并接模擬地。
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