【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？沒有人能給出標準答案。但是對于做產(chǎn)品的工程師而言，接地是實實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？沒有人給出標準答案。但是對于做產(chǎn)品的工程師而言，接地是實實在在擺在眼前的問題，是不可回避的技術(shù)。
第一個問題：接地首先要解決的是系統(tǒng)觀。
“PCB+接口+處理平臺+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！
第二個部分：從接地技術(shù)分類和機理講起，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接地和工作接地兩種。
保護接地主要是保護設(shè)備和人身安全而設(shè)置的，比如防雷地和設(shè)備外殼的保護地；
工作地是針對設(shè)備正常工作或者進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)：保護和電磁兼容。
防雷接地
進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度就會很大，而陰雨天氣的空氣擊穿場強是比較低的，隨著電荷的不斷累積-感應(yīng)-針尖場強進一步增強-達到空氣擊穿場強，這時針尖到云塊之間的空氣氣道就會被電離擊穿形成通道，進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，在電生磁的磁生電的機理下，就同時伴隨各種雷擊電磁脈沖的發(fā)生。這樣接地防護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器件到地以及機殼接地的等電位連接。
進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度就會很大，而陰雨天氣的空氣擊穿場強是比較低的，隨著電荷的不斷累積-感應(yīng)-針尖場強進一步增強-達到空氣擊穿場強，這時針尖到云塊之間的空氣氣道就會被電離擊穿形成通道，進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，在電生磁的磁生電的機理下，就同時伴隨各種雷擊電磁脈沖的發(fā)生。這樣接地防護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器件到地以及機殼接地的等電位連接。
設(shè)備外殼的保護接地：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，進而保護人身安全。
這里強調(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)有物理條件下，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)計物理條件。有一點需要強調(diào)的是：狗急了會跳墻，兔子急了會咬人，千萬千萬要給信號回流留出通路，不然你會發(fā)現(xiàn)你的產(chǎn)品無論EMS還是EMI都是嚴重超標的。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候，一定想好有沒有給信號返回留出哪怕一丁點兒的路徑。
以下行文將以4個案例的接地分析為主，包括ADC器件的接地、臺式電腦機箱會電人、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；當然實際工作中，產(chǎn)品是多個模塊的，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：即直流走最短到達路線，交流走最小面積路徑，需要強調(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兩點焊盤到外圍引腳的阻抗，這是IC設(shè)計人員想方設(shè)法要做到最低的，但工藝只能這個樣子。
“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點產(chǎn)生電壓，且必然會通過雜散電容CSTRAY耦合至模擬電路的A點”:針對低負載（BUFFER負載）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)字接地層會在AGND和DGND引腳兩端施加VNOISE，帶來嚴重問題！”這里的VNOISE是指整個AGND平面與整個DGND平面之間的噪聲。這里想表達的是如果同一個芯片的2個接地引腳跨接在兩個接地平面上會引發(fā)的問題。當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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