接地无小事，热议4个接地案例（上）
作为工程师是不是一谈接地大家都有话要说、都有苦要述？接地到底是什么、有哪些？没有人能给出标准答案。但是对于做产品的工程师而言，接地是实实在在摆在眼前的问题，是不可回避的技术。本文结合四个比较热议的案例来展示给大家，看看接地有哪些要害，给我们工程师带来哪些苦头？
接地到底是什么、有哪些？没有人给出标准答案。但是对于做产品的工程师而言，接地是实实在在摆在眼前的问题，是不可回避的技术。
第一个问题：接地首先要解决的是系统观。
“PCB+接口+处理平台+结构”这是最基本的硬件系统，而硬件系统是产品的根本。接地在每个环节中都至关重要。如果你的接地观仅限于PCB板级接地，那么你就OUT了。除非你的PCB板不与其他模块连接，你的产品不是用来使用的，而是放到陈列室的！
第二个部分：从接地技术分类和机理讲起，从接地的目的到接地的手段。
接地从大的方面主要是分为保护接地和工作接地两种。保护接地主要是保护设备和人身安全而设置的，比如防雷地和设备外壳的保护地；工作地是针对设备正常工作或者进一步的上升为良好工作所设置的接地，主要包括模拟地、数字地、功率地、屏蔽接地、防静电接地等。这种分类也是从目的出发：保护和电磁兼容。
防雷接地
进一步的分为直击雷接地（俗话就是避雷针，专业叫引雷器）和感应雷（专业叫雷击电磁脉冲）接地。乌云密布的天，风涌云动的，总有摩擦生电，然后合久必分的云块们带着电荷再弱弱联合，形成大的带电体，而大地则是具有无限容量负电荷的海洋（用即成现象地球自转+地磁南北极就判断了），在静电引力的作用下，大的带电云块，会使对应地表感应出大量电荷，而大地上的电荷分布存在尖端效应，（即良导体表面曲率相关的电荷分布）。在避雷针的针尖部分电场强度就会很大，而阴雨天气的空气击穿场强是比较低的，随着电荷的不断累积-感应-针尖场强进一步增强-达到空气击穿场强，这时针尖到云块之间的空气气道就会被电离击穿形成通道，进而泄放电荷到大地或者到云块，电荷中和后，恢复平静。泄放电荷的同时伴随声光热现象，我们就看到闪电听到打雷声了，在这种高频雷电流泄放的同时，在电生磁的磁生电的机理下，就同时伴随各种雷击电磁脉冲的发生。这样接地防护就必须要加一级感应雷接地了，这种接地在形式上就是端口各种箝位保护器件到地以及机壳接地的等电位连接。
设备外壳的保护接地：目的就是防止内部带电线路绝缘破损，造成的“搭壳”而误伤到人。形式就是在常规市电供电制式下，把所有金属外壳设备的外壳接地，以分流绝大部分故障电流，进而保护人身安全。这里强调一下，从接地目的可以知道以上两种接地，都是指接地球。
案例一：ADC器件的接地
下面要讲的工作接地就明显与上文不同，都是针对信号或者噪声的，往往都是低幅值的，一般不涉及人身和设备安全。而更多关注电磁兼容方面的设计需求。所以关于工作接地的定义，就要改写成：工作电流的返回路径。信号分为DC和AC，返回路径是信号在现有物理条件下，按照信号“自身特征参数”自主选择出来的。既然这样，我们能做的就是在一定程度上去预期设计物理条件。有一点需要强调的是：狗急了会跳墙，兔子急了会咬人，千万千万要给信号回流留出通路，不然你会发现你的产品无论EMS还是EMI都是严重超标的。设备能不能正常工作，就只能看自己的造化了。这样就要求我们在想要割地的时候，一定想好有没有给信号返回留出哪怕一丁点儿的路径。以下行文将以4个案例的接地分析为主，包括ADC器件的接地、台式电脑机箱会电人、隔离型开关电源接地+金属外壳与板级工作地的连接方式。工作地中的模拟地、数字地、功率地都可以归为板级接地，这里主要提到PCB布局。我崇尚的设计理念是能清楚预测和控制路径的就人为分区加分割，不能清楚预测的就全部完整地平面，只分区不分割；当然实际工作中，产品是多个模块的，所以二者结合居多。附件文中提到的直流返回路径和交流返回路径，二者都是走符合自身要求的最低阻抗路径返回：即直流走最短到达路线，交流走最小面积路径，需要强调的是，这里面积是指去向和回向所形成的面积，往往是指电路板截面相关的面积。首先还是以模数混合设计举例，最典型的就是ADC的接地方式了。附件讲的很全面了，这里主要重复说明一些内容。
如上图所示，良好接地指导原则中很明确地指出“AGND和DGND需在外部短接连接至低阻抗地”。“将芯片焊盘连接到封装引脚难免产生线焊电感和电阻”，这里指A、B两点焊盘到外围引脚的阻抗，这是IC设计人员想方设法要做到最低的，但工艺只能这个样子。“有人问为什么不在内部做好短接工作呢？”文中大概提到是为了为了防止进一步耦合；怎么理解这一句？大概是说为了降低公共阻抗部分的耦合，进而减少模拟部分因公共阻抗耦合到的数字噪声的意思，所以一般厂家都不会在内部短接AGND和DGND，而是留到外部尽量构成星型接地。“快速变化的数字电流在B点产生电压，且必然会通过杂散电容CSTRAY耦合至模拟电路的A点”:针对低负载（BUFFER负载）的数字部分，ID由后级回路阻抗决定，VB由ID和ZP（由RP、LP构成）决定，数字耦合到模拟的噪声电压VNA=ZP/ZP+ZC。“将DGND连接到数字接地层会在AGND和DGND引脚两端施加VNOISE，带来严重问题！”这里的VNOISE是指整个AGND平面与整个DGND平面之间的噪声。这里想表达的是如果同一个芯片的2个接地引脚跨接在两个接地平面上会引发的问题。当然这里只是针对这种小数字电流的ADC。像这种ADC接地布局一般在模拟和数字电源端相互隔离去耦，在接地端保证低阻连接并接模拟地。
