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电路中的GND，它的本质是什么？

发布时间: 2024-11-09 18:37:14
来源: 单片机与嵌入式

问一个简单而又很难回答的电路问题：电路中的地线GND，它的本质是什么？

在PCB Layout布线过程中，工程师都会面临不同的GND处理。

这是为什么呢？在电路原理设计阶段，为了降低电路之间的互相干扰，工程师一般会引入不同的GND地线，作为不同功能电路的0V参考点，形成不同的电流回路。

GND地线的分类
1 模拟地线AGND
模拟地线AGND，主要是用在模拟电路部分，如模拟传感器的ADC采集电路，运算放大比例电路等等。

2 数字地线DGND
数字地线DGND，显然是相对模拟地线AGND而言，主要是用于数字电路部分，比如按键检测电路，USB通信电路，单片机电路等等。
3 功率地线PGND
模拟地线AGND也好，数字地线DGND也罢，它们都是小功率电路。在大功率电路中，如电机驱动电路，电磁阀驱动电路等等，也是存在一个单独的参考地线，这个参考地线叫做功率地线PGND。
4 电源地线GND
模拟地线AGND，和数字地线DGND以及功率地线PGND，都被归类为直流地线GND。这些不同种类的地线，最后都要汇集在一起，作为整个电路的0V参考地线，这个地线叫做电源地线GND。
5 交流地线CGND
交流地线CGND，一般是存在于含有交流电源的电路项目中，如AC-DC交流转直流电源电路。
AC-DC电源电路，分为两个部分。电路中的前级是AC交流部分，电路中的后级是DC直流部分，这就被迫形成了两个地线，一个是交流地线，另一个是直流地线。
6 大地地线EGND
人体的安全电压是在36V以下，超过36V的电压如果施加在人体身上，会导致人体受到损伤，这是工程师在开发设计电路项目方案的一个安全常识。
为了增强电路的安全系数，工程师一般在高压大电流的项目中使用大地的地线EGND，例如在家用电器电风扇、电冰箱、电视机等电路中。具有大地地线EGND保护功能的插座，如下图所示。
图片
需要重点指出的是大地地线EGND，它仅仅是连接到我们的地球，起到高压保护作用，没有参与项目电路功能，与电路功能无关。
所以大地地线EGND，与其他类型的地线GND是存在明显电路含义区别的。
细究GND的原理
工程师可能会问，一个地线GND怎么会有这么多区分，简单的电路问题怎么弄得这么复杂？
为什么需要引入这么多细分的GND地线功能呢？
工程师一般针对这类GND地线设计问题，都简单的统一命名为GND，在原理图设计过程中没有加以区分，导致在PCB布线的时候很难有效识别不同电路功能的GND地线，直接简单地将所有GND地线连接在一起。
虽然这样操作简便，但这将导致一系列问题：
1 信号串扰
假如将不同功能的地线GND直接连接在一起，大功率电路通过地线GND，会影响小功率电路的0V参考点GND，这样就产生了不同电路信号之 间的串扰，相关文章: 认识地弹（地噪声） 。
2 信号精度
模拟电路，它的考核核心指标就是信号的精度。失去精度，模拟电路也就失去了原本的功能意义。
交流电源的地线CGND由于是正弦波，是周期性的上下波动变化，它的电压也是上下波动，不是像直流地线GND一样始终维持在一个0V上不变。
将不同电路的地线GND连接在一起，周期性变化的交流地线CGND会带动模拟电路的地线AGND变化，这样就影响了模拟信号的电压精度值了。
3 EMC实验
信号越弱，对外的电磁辐射EMC也就越弱；信号越强，对外的电磁辐射EMC也就越强。
假如将不同电路的地线GND连接在一起，信号强电路的地线GND，直接干扰了信号弱电路的地线GND。其后果是原本信号弱的电磁辐射EMC，也成为了对外电磁辐射强的信号源，增加了电路处理EMC实验的难度。
4 电路可靠性
电路系统之间，信号连接的部分越少，电路独立运行的能力越强；信号连接的部分越多，电路独立运行的能力就越弱。
试想，如果两个电路系统A和电路系统B，没有任何的交集，电路系统A的功能好坏显然是不能影响电路系统B的正常工作，同样电路系统B的功能好坏也是不能影响电路系统A的正常工作。
这就好比一对陌生男女，在没有成为恋人之前，女生的情绪变化是不会影响这个男生的心情的，因为他们没有任何交集。
假如在电路系统中，将不同功能的电路地线连接在一起，就相当于增加了电路之间干扰的一个联系纽带，也即降低了电路运行的可靠性。

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