数字地，模拟地，电源地

这是一个集电工学+电磁兼容性+PCB设计的综合性课题。在每一个设计工程中都会考虑到这个必不可少问题。

控制系统中，大致有以下几种地线：

（1）数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。

（2）模拟地：是各种模拟量信号的零电位。

（3）信号地：通常为传感器的地。

（4）交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。

（5）直流地：直流供电电源的地。

（6）屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。

电源地主要是针对电源回路电流所走的路径而言的，一般来说电源地流过的电流较大，而信号地主要是针对两块芯片或者模块之间的通信信号的回流所流过的路径，一般来说信号地流过的电流很小，其实两者都是GND，之所以分开来说，是想让大家明白在布PCB板时要清楚地了解电源及信号回流各自所流过的路径，然后在布板时考虑如何避免电源及信号共用回流路径，如果共用的话，有可能会导致电源地上大的电流会在信号地上产生一个电压差（可以解释为：导线是有阻抗的，只是很小的阻值，但如果所流过的电流较大时，也会在此导线上产生电位差，这也叫共阻抗干扰），使信号地的真实电位高于0V，如果信号地的电位较大时，有可能会使信号本来是高电平的，但却误判为低电平。

当然电源地本来就很不干净，这样做也避免由于干扰使信号误判。所以将两者地在布线时稍微注意一下，就可以。一般来说即使在一起也不会产生大的问题，因为数字电路的门限较高。除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。

 

 

以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。下面就接地问题提出一些看法：

（1）控制系统宜采用一点接地。一般情况下,高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路的干扰影响很大，因此，常以一点作为接地点；但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，同时各地线之间又产生电感耦合。一般来说，频率在1MHz以下,可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1～10MHz之间可用一点接地，也可用多点接地。

（2）交流地与信号地不能共用。由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压，对低电平信号电路来说，这是一个非常重要的干扰，因此必须加以隔离和防止。

（3）浮地与接地的比较。全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来，这种方法简单，但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。这种方法具有一定的抗干扰能力，但一旦绝缘下降就会带来干扰。还有一种方法，就是将机壳接地，其余部分浮空。这种方法抗干扰能力强，安全可靠，但实现起来比较复杂。

（4）模拟地。模拟地的接法十分重要。为了提高抗共模干扰能力，对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。

（5）屏蔽地。在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制，对信号采用屏蔽措施是十分必要的。根据屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一样。电场屏蔽解决分布电容问题，一般接大地；电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。利用低阻金属材料高导流而制成，可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应，其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入端也应接到信号源的公共端。
       对于电气系统的接地，要按接地的要求和目的分类，不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起，而是要分成若干独立的接地子系统，每个子系统都有其共同的接地点或接地干线，最后才连接在一起，实行总接地。(http://www.mcumaster.com/viewthread.php?tid=833&extra=page%3D1)

 

关于电路中的地，以我们最常用的MSP430系统作为例子吧。电路中地是一个电路中公共电平参考点，不管是电路还是电源都以这地作为基准。而这次我们要讨论的是“数字地和模拟地之间的连接与关系”，我想就以这个作为重点向大家解释一下。以下是个人的主观意见，如有不正确之处请读者能给予指正。

所谓数字地一般来说是指数字电路类型集合的公共参考地，而模拟地也是类同之意。在一个复杂的电路系统中，往往会出现很不同类型的电路。通常我们在以电路的工作类型或工作频率将其划分。如数字、模拟之类划分或以速度或频率频段划分等。在数字电路中，数字信号变化很快,那么在数字回路中引起的噪声可能很大，电路通常是处于开关状态，因此，是离散的，而在所有数字芯片接地端汇集在一起。而这个汇集地因电路不停地开关，这样在回流地端上也会因而产生一些开关高频噪声。但是模拟信号一般都是连续变化的,这就需要一个稳定的参考点,如果把模拟地和数字地直接连接在一起，数字回路的变化会引起模拟回路的变化，这样就模拟信号就不是很准确了。在设计PCB中若然这些电路处理不当的话，例如，将数字系统的地回流走线与模拟电路的地连接在一起。这样很有可能将地噪声信号引入模拟电路中，若果引入的地方是模拟电路是放大部分。那么很可能会将这些噪声进放大或干扰到模拟电路的正常工作或产生识动作等情况。为了处理好这个可能性的发生，一个复杂的混合信号电路中我们在设计PCB时往往会将其电路类型进分开布局处理。这样有利于减少数字电路对模拟电路的干扰。通常在PCB中会采用一点汇流接地的方式来解决这种问题，如数字电路设计PCB时先采用公共地接点，而模拟同样处理。在最后将数字地与模拟地同样汇接到电源的地端上进行一个电流回路。

另外，在数字电路中，同样要加增对电源的高频退耦处理，如最常用的有在电路供电端增加0.1uf的退耦电容。这个电容通常用两个作用，其一是减少高频信号回路的高频电阻。因为在高速开关中电路处于高速开关状态，电流需要快速流动。然而，由于电源大电解有存在，同样由于大解电容本身结构的原因当高速电流回流时大电解电感效应会对高速电流产生感抗。这样从而增大了高速或高频信号回流的阻抗，这个对于模拟电路来说是很不利的。此时增加了高频特性的退耦电容可以助于减少高频阻抗的产生。其二，在数字电路中，由于电路常处理开关状态。在电源供电端也会因而产生一些高频带噪声，在多数字电路并联中，这些噪声容易影响到其他电路中。那么此时在增加退耦电容就可以有效过滤掉这些高频噪声，让其直接对地回流。

关于各种地通过什么连接，有人说通过0欧电阻连接有的说通过磁珠连接，也有说通过电容连接。下面探讨一下通过什么连接。

对于0欧电阻，我认为0欧电阻在电路上来说只是一个短路点。而他真正起作用只是方便在PCB设计上的铺铜操作连通“地”集合。

为什么这样说呢，下面我为大家介绍一下为什么在PCB设计上常用到这个0欧电阻。

在一些复杂的数模混合电路中，时常为了减低数字电路与模拟电路之间的影响。往往在PCB设计上铺地处理时做一个地与地区之间起一个连接的作用。就是那么简单！我就打个简单的单电源系列为例，电路中以地作为参考，在这个系统中。所有电流回路都需由正端流向负端(相对此例单电源电路中而言)，所以在不同工作类型的电路中，其电路回路最终电流回流端都是入地的。那么在不同电路中，为了减少互相之间的噪声影响。所以在电路PCB的布局上和铺铜处理方面都需做相应的区分处理(电源供电和布线上也应如此，在此暂不提太多关于PCB设计上的电性规则问题)。就是为这样的区分铺铜，那么最终都需要汇流到公共地端上。本来如果是采用纯属的同一网络铺铜处理这从PCB软件布线上是没有问题的。但在我们日常实际设计电路图时为了更好的读图及专业表达为由，往往在设计电路图时已将不同的电路类型也已划分好了。同时，也将不同的类型电路的地网络归类并为其命类同的地名。如“PGND GND DGND AGND....”等这些都是用来表达不同的类型电路地端。而这地端在电性上又最终连接在一起的，但是由于PCB设计软件上电路的同一网络端中只允许一个网络名的原因。同时，由于电路地的归类与汇集连结的必要。所以，这时就需要一个跨地之间连接的导线了。这个连接的导线正是解决了多地网络和地集合的作用。或者说，你也可以用一个焊点或跳线来代替0欧电阻。用0欧电阻只是一个方便而已。所以，从电性上说这0欧电阻是多余的。

第二个问题，关于为什么不能用磁珠。这个也是一个电磁问题。

首先，磁珠是一个具有高频特性的器件，而一般常用用法是用于子电源供电与主电源供电之间。由于其本身器件的特性原因--等效为一个低通滤波器。所以其主要作用是起滤波作用，目的也是为了减少来自主电源或其他并联电路所产生的噪声串扰。这就是磁珠大概的用处。

那么为什么区地之间不能使用磁珠呢，从直流静态的角度上看，一般磁珠都有一定的直流电阻值。如果将这个电阻值串联在两个地之间(类型地与电源地)，很显示是破坏了“地”参考点的电位和产生电位差。所以这也是为什么不建议用磁珠来代替导线或0欧电阻的原因了。

关于数字地与模拟地或电源公共地之间连接及层区分的问题。这同样是一个PCB设计中的电磁兼容性和性号完整性问题(在设计高速PCB时更能体现出来)。在这里我就不作在PCB设计上的规则了，说来也话长且也不在本贴的主要讨论话题上。()

上述的只是基于复杂一点的数模混合电路来讨论。若制作一些简单的实验板时则无需区分得如此细分。在简单的电路中一般分为数字地，模拟地(信号地或者电源地)和保护地(电气地)。数字地一般用bar属性标示，模拟地一般用single属性标示，电气地一般用Power ground属性标示。