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[摘 要] 介绍了PCB设计人员在PCB设计中对地线应该遵循的一般原则，重点叙述了在实际地线的布设过程中设计人员要注意的几个方面，确保PCB设计的稳定和可靠性，提高其参与市场竞争的能力。
[关键词] PCB设计 地线 原则
随着电子市场的激烈竞争，PCB设计越来越精密，向高速化发展。设计人员不仅需要考虑成本，而且要考虑如何设计PCB板才能使电路更具可靠性。不合理的地线设计与引入干扰，使系统达不到设计的要求。本文就从地线方面讨论PCB板设计需要注意的几个问题，提高PCB设计的可靠性。
一、地线布设的一般原则
电子设备在地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。如果能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可以解决部分干扰问题。地线布线时要符合以下规则：
1、首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，搞噪声能力下降，成本也增加；过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳开关是矩形，长宽比为3：2或4：3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。
2、在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平等排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
3、布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起。
4、尽可能地减小环路面积，以抑制开关电源的辐射干扰。
5、按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
6、放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。
二、实际布设地线时注意事项
地线作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方法。因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置。在地线设计中应注意以下几点：
1、尽量加粗接地线。若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制板，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，如有可能，接地线的宽度应大于3mm，也可用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
2、公共地线一般布置在印制电路板的最边缘，并尽可能多地保留铜箔，这样既可便于印制电路板安装在机架上，也便于机架相连接。公共地不应该闭合，以免产生电磁感应，接地线要求尽量短，不同的单元电路应该分别接地。
3、正确选择接地方式。在低频电路中，信号的频率小于1MHZ，它的布线与器件之间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用单点接地。当信号工作频率大于10MHZ时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，就采用就近多点接地。当工作频率在1MHZ~10MHZ时，如果采用单点接地，其地线长度不能超过波长的1/20，否则采用多点接地。印制电路板上有多个返回地线，这些都汇聚在回电路的那个接点上，就是所谓的单点接地。所谓的模拟地、数字地、大功率器件地分开，是指布线分开，而最后都汇聚到这个接地点上。与印制电路板以外的信号相连时，通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都接地。低频模拟信号用的屏蔽电缆，一端接地为好。
4、数字电流不能流经模拟器件。在数字电路中，由于信号的频率较高地线呈较大阻抗，如果和不同电路共用一段地线，可能出现公共阻抗耦合问题。PCB板上要尽量分开数字电路与模拟电路，而两者不要混用地线，分别与端相连，要尽量加大模拟电路的接地面积。
5、如果印制电路板上有许多集成电路元件时，要将地线制成闭环路可以明显提高抗噪声能力。因为集成电路元件受到接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将地线接环路，会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。
6、高频电路不能采用分地线，而要用大面积接地方法。
7、高速电流不应流经低速电流。
8、尽量避免环路。提出以下几种解决地线环路干扰的方法：
①将一端电路浮地，切断地环路可以消除环路电流。但有两个问题要注意，一出于安全考虑，应将电路通过一个电感接地，这样对于频率较高的干扰信号，设备接地阻抗较大，减小了地环路电流，减小了高频电路的地环路干扰。另一方面，尽管电路浮地，但存在寄生电容，并不能有效的减小高频地环路电流。
②使用变压器实现设备之间的连接，利用磁路将两个设备连接起来，可以切断地环路电流。但变压器初次级之间的寄生电容 仍然能够频率较高的地环路电流提供通路，因此变压器隔离对高频地环路电流的抑制效果较差。
③切断地环路的另一个方法是用光实现信号的传输。用光连接有两种方法，一是光耦合器件，另一种是光纤连接，光耦的寄生电容能在很高的频率提供良好的隔离，这是解决环路干扰问题的最理想方法。
④在连接电缆上使用共模轭流圈相当于增加了地环路阻抗，在此一定电压作用下，地环路电流会减小。但要注意控制共模轭流圈的寄生电容，否则对高频干扰的隔离效果较差，共模轭流线圈的匝数越多，则寄生电容越大，高频隔离的效果越差。
9、根据印制电路板电流的大小，尽量加粗电流线宽度，减少环路电阻，同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增加抗噪声能力。
三、小结
在本文中，介绍了在实际PCB设计中地线的布线原则，重点讲了在实际布线时应注意的几个问题。限于篇幅，实际设计中遇到的问题很多，不可能一一列举。在实际设计时除了要注意本文提出的问题，还要不断的积累经验，增加PCB板设计可靠性，提高市场竞争力。
参考文献
（1）邓肖粤，胡晓云，PCB设计中需要注意的问题 实验与探索，2000，（12）
（2）郑步生，吴渭，PCB地线设计，北京，电子工业出版社，2002 ■
[关键词] PCB设计 地线 原则
随着电子市场的激烈竞争，PCB设计越来越精密，向高速化发展。设计人员不仅需要考虑成本，而且要考虑如何设计PCB板才能使电路更具可靠性。不合理的地线设计与引入干扰，使系统达不到设计的要求。本文就从地线方面讨论PCB板设计需要注意的几个问题，提高PCB设计的可靠性。
一、地线布设的一般原则
电子设备在地线结构大致有系统地、机壳地（屏蔽地）、数字地（逻辑地）和模拟地等。如果能将接地和屏蔽正确结合起来使用，可以解决部分干扰问题。地线布线时要符合以下规则：
1、首先要考虑PCB尺寸大小。PCB尺寸过大时，印制线条长，阻抗增加，搞噪声能力下降，成本也增加；过小则散热不好，且邻近线条易受干扰。电路板的最佳开关是矩形，长宽比为3：2或4：3，位于电路板边缘的元器件，离电路板边缘一般不小于2mm。
2、在高频下工作的电路，要考虑元器件之间的分布参数。一般电路应尽可能使元器件平等排列。这样，不但美观，而且装焊容易，易于批量生产。
3、布局的首要原则是保证布线的布通率，移动器件时注意飞线的连接，把有连线关系的器件放在一起。
4、尽可能地减小环路面积，以抑制开关电源的辐射干扰。
5、按照电路的流程安排各个功能电路单元的位置，使布局便于信号流通，并使信号尽可能保持一致的方向。
6、放置器件时要考虑以后的焊接，不要太密集。
二、实际布设地线时注意事项
地线作为电路的公共参考点起着很重要的作用，它是控制干扰的重要方法。因此，在布局中应仔细考虑接地线的放置。在地线设计中应注意以下几点：
1、尽量加粗接地线。若接地线很细，接地电位则随电流的变化而变化，致使电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏，因此要确保每一个大电流的接地端采用尽量短而宽的印制板，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，如有可能，接地线的宽度应大于3mm，也可用大面积铜层作地线用，在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。
2、公共地线一般布置在印制电路板的最边缘，并尽可能多地保留铜箔，这样既可便于印制电路板安装在机架上，也便于机架相连接。公共地不应该闭合，以免产生电磁感应，接地线要求尽量短，不同的单元电路应该分别接地。
3、正确选择接地方式。在低频电路中，信号的频率小于1MHZ，它的布线与器件之间的电感影响较小，而接地电路形成的环流对干扰影响较大，因而采用单点接地。当信号工作频率大于10MHZ时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，就采用就近多点接地。当工作频率在1MHZ~10MHZ时，如果采用单点接地，其地线长度不能超过波长的1/20，否则采用多点接地。印制电路板上有多个返回地线，这些都汇聚在回电路的那个接点上，就是所谓的单点接地。所谓的模拟地、数字地、大功率器件地分开，是指布线分开，而最后都汇聚到这个接地点上。与印制电路板以外的信号相连时，通常采用屏蔽电缆。对于高频和数字信号，屏蔽电缆两端都接地。低频模拟信号用的屏蔽电缆，一端接地为好。
4、数字电流不能流经模拟器件。在数字电路中，由于信号的频率较高地线呈较大阻抗，如果和不同电路共用一段地线，可能出现公共阻抗耦合问题。PCB板上要尽量分开数字电路与模拟电路，而两者不要混用地线，分别与端相连，要尽量加大模拟电路的接地面积。
5、如果印制电路板上有许多集成电路元件时，要将地线制成闭环路可以明显提高抗噪声能力。因为集成电路元件受到接地线粗细的限制，会在地线上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将地线接环路，会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力。
6、高频电路不能采用分地线，而要用大面积接地方法。
7、高速电流不应流经低速电流。
8、尽量避免环路。提出以下几种解决地线环路干扰的方法：
①将一端电路浮地，切断地环路可以消除环路电流。但有两个问题要注意，一出于安全考虑，应将电路通过一个电感接地，这样对于频率较高的干扰信号，设备接地阻抗较大，减小了地环路电流，减小了高频电路的地环路干扰。另一方面，尽管电路浮地，但存在寄生电容，并不能有效的减小高频地环路电流。
②使用变压器实现设备之间的连接，利用磁路将两个设备连接起来，可以切断地环路电流。但变压器初次级之间的寄生电容 仍然能够频率较高的地环路电流提供通路，因此变压器隔离对高频地环路电流的抑制效果较差。
③切断地环路的另一个方法是用光实现信号的传输。用光连接有两种方法，一是光耦合器件，另一种是光纤连接，光耦的寄生电容能在很高的频率提供良好的隔离，这是解决环路干扰问题的最理想方法。
④在连接电缆上使用共模轭流圈相当于增加了地环路阻抗，在此一定电压作用下，地环路电流会减小。但要注意控制共模轭流圈的寄生电容，否则对高频干扰的隔离效果较差，共模轭流线圈的匝数越多，则寄生电容越大，高频隔离的效果越差。
9、根据印制电路板电流的大小，尽量加粗电流线宽度，减少环路电阻，同时，使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致，这样有助于增加抗噪声能力。
三、小结
在本文中，介绍了在实际PCB设计中地线的布线原则，重点讲了在实际布线时应注意的几个问题。限于篇幅，实际设计中遇到的问题很多，不可能一一列举。在实际设计时除了要注意本文提出的问题，还要不断的积累经验，增加PCB板设计可靠性，提高市场竞争力。
参考文献
（1）邓肖粤，胡晓云，PCB设计中需要注意的问题 实验与探索，2000，（12）
（2）郑步生，吴渭，PCB地线设计，北京，电子工业出版社，2002 ■