接地设计

接地设计规范和指南第一章概述1.1 “地”的定义大地——地球工作地——信号回路的电位基准点（直流电源的负极或零伏点），在单板上可分为数字地GNDD与模拟地GNDA。

数字地连接数字元器件接地端，模拟地连接模拟元器件接端。

接地 -48V电源地—— -48V电源正极保护地——连接雷击浪涌过压保护元器件接地端形成的地线。

静电防护与屏蔽地——连接ESD防护器件接地端、接插件金属外壳和屏蔽装置形成的地线。

交流保护地——低压变压器中性点接地端引出的地线。

防雷地——连接建筑物防雷接闪器或铁塔避雷针到接地网的地线。

1.2 “接地”的分类及目的1.2.1 接“系统基准地”单板、部件内部各部分电路的信号返回线与电位基准点之间建立良好的连接，其目的是为系统各部分提供公共的参考电平。

1.2.2 接“静电防护与屏蔽地”ESD防护器件接地端、具有金属外壳的元器件的金属外壳、屏蔽装置接到静电防护与屏蔽地，其目的是为ESD电流提供一个低阻抗的泄放通道、确保屏蔽装置的屏蔽效果。

1.2.3 接“大地”安全接大地——电子设备的金属外壳与大地相连接，其目的是防止当事故状态时金属外壳上出现过高的对地电压而危机操作人员的安全，在非事故状态使静电电流泄放到地；保护接大地——保护地与大地相连接，其目的是为大电流提供一个泄放通道，使大电流分流，保护电路免遭损害；工作接大地——工作地与大地相连接，其目的是为通讯系统提供稳定的基准电位。

1.3 接地设计的基本原则接地设计的基本原则是电位相同、内部电路不互相干扰、抵御外来干扰。

各种地电位相同使不同性质的电路有一个统一的基准电位，保证电路功能的顺利实现。

电位相同要求不同的地就近相连。

相互干扰是指较大的泄放电流进入较细的地线回路（例如保护地电流进入工作地回路），从而引起过流、地线上电位波动过大或无用信号的耦合（例如高速逻辑电路对模拟电路的开关干扰）等等，内部电路不互相干扰要求不同的地在较远处相连。

所以，电位相同和不互相干扰是一对矛盾的双方，在何处相连应考虑哪一方占主导地位。

当设备受到的外来干扰（例如：ESD干扰，EFT干扰，辐射干扰）较大时，提高设备对外来干扰的抵御能力上升为主要矛盾，这时，各种地应合并为大面积接地。

1.4 各种地相连的六种情况（1）电位基准一致性要求严格而互相之间干扰很小——各种地就近相连，例如模数转换芯片的数字地和模拟地需直接相连。

（2）电位基准一致性要求较严格而互相之间有干扰——各种接地平面除了在印制板插座处相连外，还要在不同电路的互连信号线集中的地方相连（桥接），以减少信号回路面积。

例如模拟地平面和数字地平面的相连。

（3）电位基准一致性要求不严格而互相之间有较大干扰——各种接地母线在后背板处相连。

例如-48V地与工作地在后背板上（靠近-48V电源输入插座位置）相连。

（4）电位基准一致性无要求而互相之间有大干扰——各种接地母线在接地汇集线或机壳接地螺栓处相连。

例如工作地与保护地在接地汇集线或机壳接地螺栓处相连。

（5）印制板接有金属外壳接插件，在接插件附近各种地（保护地除外）应合并为大面积接地以增大其静电容量。

例如9芯插座（RS232接口）附近各种地（保护地除外）应合并为大面积接地。

（6）印制板上不同电路互连的信号线很多，应遵循“分区不分割”的原则。

例如，互连信号线很多的模拟电路和数字电路应分区布局和布线，但共用一个完整的不分割的接地平面。

1.5 静电防护与屏蔽地1.5.1功能单板静电防护与屏蔽地的设计功能单板静电防护与屏蔽地GNDE的设计图见1-1。

在PCB每个层面的3个边缘设置静电防护与屏蔽地GNDE母线，宽度3～5mm,每隔10～13mm 用过孔连通，在靠近小面板的一边，GNDE母线断开5mm。

GNDE母线与内部电路和工作地隔离2～3mm。

ESD防护器件的接地端、按钮和接插件的金属外壳应尽可能与GNDE母线相连，见图1-1。

图1-1 功能单板静电防护与屏蔽地母线的设计1.5.2 后背板静电防护与屏蔽地的设计后背板静电防护与屏蔽地GNDE的设计见图1-2。

在后背板的内层面（后背板与机壳结合的层面）4周和外层面4周设置一块环型区域作为静电防护与屏蔽地GNDE母线。

宽度为15mm～20mm，并用适量的过孔连通，内层面环型区域与机壳结合的部分不涂绿油，外层面固定螺丝处不涂绿油，固定螺丝孔要金属化，借助于固定螺丝保证静电防护与屏蔽地与机壳良好搭接。

在后背板上，ESD防护器件的接地端和接插件的金属外壳与GNDE母线相连。

功能单板的GNDE母线通过插座的最上排插针和最下插针与后背板的GNDE母线相连。

后背板应设置完整的一层作为工作地，工作地层4周应与静电防护与屏蔽地重叠5mm以上，以提高设备后背板的屏蔽效果。

但工作地应与固定螺丝孔边缘相距5mm以上。

图1-2 后背板静电防护与屏蔽地母线的设置第二章设备的接地设计2.1 立式大机架设备的接地设计2.1.1 多层机框的接地一个设备的多层机框，各机框的部件的工作地和保护地应分别引线接到相应的汇流条上而不能靠导轨条、绞链、螺丝等部件去接地。

2.1.2 设备接大地（1）工作地、保护地、-48V地连接到机壳接地螺栓，再由机壳接地螺栓用接地线引至接地桩或接地汇集线上，见图2-1。

如果-48V电源与±5V或±12V电源有共地的要求（如用户板），-48V地与工作地在后背板上（靠近-48V电源输入插座位置）再相连。

如果机房接地汇集线和-48V供电线在地面走线，则接地螺栓应设置在机架下方。

或者机架上下方均设置接地螺栓，以方便灵活接线。

（2）对于有多个机架的设备，各个机架的工作地、保护地和机壳接地分别用接地线引到接地桩或接地汇集线上。

（3）对于三相五线制交流供电的设备，机壳要接交流保护地线。

（4）对于无法接大地的载体，如飞机、轮船、汽车，可把其机身的金属壳体当成大地，设备的工作地、保护地和机壳接地直接接到其金属壳体上。

（5）接地线材料为多股铜线，对于安装在移动通信基站的设备，接地线截面积≥35mm²,其他设备，接地线截面积≥16mm²。

接地线两端应接铜鼻子。

（6）设备机壳接地螺栓应足够大（8M），位置要靠近接地汇集线，接地螺栓处应有明显的接地标志。

（7）工作地、保护地、-48V地和设备机壳接地以及建筑防雷接地共用一组接地体，称为联合接地，以避免雷击时出现的地电位反击效应。

2.2 台式设备的接地设计（1）塑料外壳，220VAC三芯插头供电典型的设备电脑显示器、小型示波器等。

220VAC电源通过开关电源或变压器整流稳压电源变换称为直流电源给设备电路供电。

三芯插头的接地端接开关电源的地、屏蔽壳和变压器的屏蔽壳，内部电路地处于悬浮状态或者一点接三芯插头的接地端，见图2-2和图2-3.塑料外壳的内层如果镀涂导电屏蔽层，也要接内部电路地。

与其他设备互联时，电路工作地作为接口接地，其输出接口芯线通常串接1KΩ电阻防止对地短路，输入接口通常带有隔音电容。

（2）金属外壳，220VAC三芯插头供电典型的设备家用PC主机、仪器仪表等。

220VAC电源通过开关电源或变压器整流稳压电源变换成为直流电源给设备电路供电。

三芯插头接地端子引入设备后就近接在外壳上，内部电路地处于悬浮状态或者一点或多点接三芯插头的接地端，见图2-4和图2-5。

与其他设备互联时，电路工作地作为接口接地，输出接口芯线通常串接1KΩ电阻防止对地短路或使用变压器隔离输出，输入接口通常带有隔直电容或变压器。

图2-1 立式大机架设备的接地设计图2-2 塑料外壳，内部电路接地处于悬浮状态图2-3 塑料外壳，内部电路地一点接三芯插头的接地端图2-4 金属外壳，内部电路接地处于悬浮状态图2-5 金属外壳，内部电路地一点接三芯插头的接地端2.3 射频设备的接地设计2.3.1 接地要求射频电路工作频率高，容易引起无用信号的耦合，要求隔离不用频率的电路，接地引线短，分布参数小，地电位稳定。

2.3.2 射频设备的接地设计（1）射频设备内，由于相互隔离的要求比较严，大多使用金属外壳封装，金属外壳最好整体浇注成型，电路的地线与金属外壳紧密相连，即外壳作为工作地使用。

（2）为防止接地环路过大，接地点的间距应小于最高频率波长的1/100，至少小于最高频率波长的1/20。

（3）射频设备通过螺钉直接和机壳连接，并保证搭接的直流电阻不大于2.5mΩ。

（4）机壳通过接地线和大地连接。

2.3.3 射频设备天馈系统的接地设计（1）天馈系统一般使用7/8或1/2英寸射频电缆和基站或附属设备相连，根据使用射频电缆的类型，对应使用相应的接地卡和防雷地通过螺钉就近连接，为保证接地的可靠性，每一个接地卡的接地线最好对应一个安装孔。

（2）铁塔上架设的波导馈线、同轴电缆金属外护层应分别在上、下端及进入机房入口处外侧就近接地，当馈线及同轴电缆长度大于60m时，其屏蔽层宜在它的中间部位增加一个接地连接点，室外走线架始末两端均应坐接地连接。

（3）城市内孤立的高大建筑物或建在郊区及山区，地处中雷区（年平均雷暴日数在25～40天以内的地区）以上的无线通信局（站），当馈线采用同轴电缆时，应在同轴电缆引进机房入口处安装标称放电电流不小于5kA的同轴浪涌保护器，同轴浪涌保护器接地端子的接地引线应从天馈线入口处外侧的接地线、避雷带或地网引接。

（4）基站或附属设备的接地电阻＜5Ω。

2.4 监控设备的接地设计2.4.1 监控设备的特殊性及其接地要求监控设备可分为三类：现场监控模块、监控中心设备、视音频设备。

各模块单元由各种电路组成，有模拟电路、数字电路、电源电路，其中，模拟电路有模拟量输入电路、视频接口电路、音频接口电路；数字电路有开关量接口电路、单片机电路、各种通讯接口电路。

监控设备具有下列特殊性：（1）监控设备接地设计和工程接地形式的多样化。

（2）监控设备通过I/O通道监控被监控设备，而各种工业测量和监控现场电磁环境十分复杂，所以监控设备的I/O通道极易受到共模干扰影响，同时，被监控设备也可能受到干扰而破坏其工作状态。

（3）被监控对象可能存在高电压，对监控设备存在威胁。

监控设备接地要求设计如下：（1）监控系统应能监控具有不同接地要求的多种设备，任何监控点的引入都不能破坏被监控设备的接地系统。

（2）监控模块的冰箱外壳应接地良好，并具有抵抗和消除噪声干扰的能力。

（3）监控系统应有很好的电气隔离性能，不得因监控系统而降低被监控设备的交直流隔离度、直流供电与系统的隔离度。

（4）监控系统应具有良好的电磁兼容性，被监控设备处于任何工作状态下，监控系统应能正常工作；同时监控设备本身不应产生影响被监控设备正常工作的电磁干扰。

2.4.2 模拟量输入电路（1）模拟量输入电路示意图见图2-6。

各路输入的模拟信号在PCB上多路装换开关前共地，形成模拟地GNDA，GNDA浮地，不与大地相连。