PCB设计，考虑EMC时，应如何接地？

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PCB设计中，接地是抑制噪声和防止干扰的重要措施。根据电路的不同，有不同的接地方法，只有正确的接地才能减少或避免电路间的相互干扰。日常中主要的接地方式有两种：单点接地和多点接地。如何在考虑EMC的前提下正确的接地是本文中我们将主要讨论的问题，希望对电子设计人员有所帮助。

一：接地干扰与消除

01接地干扰

在有些情况下，地线阻抗带来的干扰无法避免，尤其对电子设备。

理想情况下地线阻抗为零，“地”作为电路中信号电平的参考点，当有电流通过它时不应在电子设备内产生压降。但是这种理想地线是不存在的，地线既有电阻又有电抗，当有电流流过时必然产生压降。

另一方面，地线还有可能与其他线路(信号线，电源线)形成环路。当交变磁场与环路交链时，就会在地线中感应电势。

不论是地线流过的电流在地线上产生的压降，还是地环路所引起的感应电势，都会使公用地线的各个电路单元产生相互干扰。

如何抑制地线干扰也就成为电磁兼容性设计的一个重要课题。

02接地干扰消除

接地根据地线干扰形成的机理，减小地线干扰的措施可归纳为：

模拟接地与数字接地分离；

减小地线阻抗和屯源馈线阻抗；

选择合适的接地方式

阻隔地环路

等地线中的干扰电压除与流过地线中的电流有关外，还与地线的阻抗有关地线阻抗包括电阻和电感；

如欲减少，就得减少和。但交流电在流经导体截面时，并不像直流那样在导体上均匀分布，由于趋肤效应，电流集中于表面，使导体有效载流面积小于甚至远小于导体的真实截面积。

因此同一导体在直流、低频和高频情况下所呈现的阻抗不同；而导体的感抗同样与导体半径、长度以及信号频率有关；设计时应根据不同频率下的导体阻抗来选择导体截面大小，并尽可能使地线加粗和缩短。

二：接地方式的一般选择原则

对于给定的设备或系统，在所关心的最高频率（对应波长为λ）上，当传输线的长度L>λ，则视为高频电路，反之，则视为低频电路。

根据经验法则，对于接地的一般选取原则如下：

（1）低频电路（<1MHz），建议采用单点接地；

（2）高频电路（>10MHz），建议采用多点接地；

（3）高低频混合电路，混合接地

三：接地方式

01单点接地

单点接地是整个系统中只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都连接到这一点上。

单点接地适用于频率较低的电路中（1MHz以下）。若系统的工作频率很高，以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时，单点接地方式就有问题了。当地线的长度接近于1/4波长时，它就像一根终端短路的传输线，地线的电流、电压呈驻波分布，地线变成了辐射天线，而不能起到“地”的作用。

为了减少接地阻抗，避免辐射，地线的长度应小于1/20波长。在电源电路的处理上，一般可以考虑单点接地。对于大量采用的数字电路的PCB，由于其含有丰富的高次谐波，一般不建议采用单点接地方式。

  

02多点接地

多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短。

多点接地电路结构简单，接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少，适用于工作频率较高的（>10MHz）场合。

但多点接地可能会导致设备内部形成许多接地环路，从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。在多点接地的情况下，要注意地环路问题，尤其是不同的模块、设备之间组网时。

地线回路导致的电磁干扰：

理想地线应是一个零电位、零阻抗的物理实体。但实际的地线本身既有电阻分量又有电抗分量，当有电流通过该地线时，就要产生电压降。地线会与其他连线（信号、电源线等）构成回路，当时变电磁场耦合到该回路时，就在地回路中产生感应电动势，并由地回路耦合到负载，构成潜在的EMI威胁。

四：结束语

• 正确选择一点接地和多点接地

• 当频率低于1MHz也时，应采用一点接地；

• 当频率高于10MHz也时，应采用就近多点接地；

• 当工作频率在1~10MHz也时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1／20，否则应采用多点接地；

End

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