我们在设计电路或看电路图时,经常会看到如下符号的“地”,那么这些地有什么区别?
电路图中的GND(Ground)代表地线或0线,GND就是公共端的意思,也可以说是地。但这个“地”并不是真正意义上的“地”,对于电源来说,它就是一个公共参考点,它就是一个电源的负极。它与大地是不同的,有时候需要将它与大地连接,有时候也不需要,视具体情况而定。
电子设备的“地”是电路中测量电压的参考点。使用“地”符号,我们可以使电路看起来更简单。通常有一下四种类型的接地形式:
A、参考“地” B、电路“地” C、外壳“地” D、大“地”
A:参考“地”
这种类型的“地”是作为我们指定所有电子元器件的简单参考点。如下图左侧包含12伏电池和一个电阻器和1个LED串联。右侧显示与接地相同的电路。
上图中的“地”是一个零电位的参考点,测量各点电压都是基于这个参考点。
B:电路“地”
这种接地通常用于模拟或数字电路中,包括逻辑门和触发器IC。针对电路板的“地”,根据功能可以分为:数字地、模拟地、功率地、电源地等。
B1--AGND 模拟地
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。在这些模拟电路中,由于信号是模拟信号,是微弱信号,很容易受到其他电路的大电流影响。如果不加以区分,大电流会在模拟电路中产生大的压降,会使得模拟信号失真,严重可能会造成模拟电路功能失效。
B2---DGND 数字地
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。之所以设立数字地线DGND,是因为数字电路具有一个共同的特点,都属于离散型的开关量信号,只有数字“0”和数字“1”区分,如下图所示。
B3--PGND 功率地
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。大功率电路,顾名思义,是电流比较大的电路。很显然,大的电流容易造成不同功能电路之间的地偏移现象,如下图所示。
一旦电路中存在地偏移,那么原来的5V电压就可能不是5V了,而是变成了4V。因为5V电压是参考GND地线0V而言,如果地偏移使得GND地线由0V抬升到了1V,那么之前的5V(5V-0V=5V)电压就变成了现在的4V(5V-1V=4V)了。
B4--电源地线
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。电源,是所有电路进行工作的能量来源。所有电路工作需要的电压电流,均是来自电源。因此电源的地线GND,是所有电路的0V电压参考点。这就是为什么其他类型的地线,无论是模拟地线AGND,数字地线DGND还是功率地线PGND,在PCB布线时要分开布线,但最后都需要与电源地线GND汇集在一起。
C:外壳“地”
有时设备的金属外壳被用作参考点。例如,设备的金属底座可以与电路接地连接,也可以用作机箱接地。有时我们设计的PCB需要接外壳“地”,以提高PCB的抗ESD能力。
D:大“地”
大“地”是所有的建筑设施利用粗的导电棒(通常会用比较粗的铜柱)埋入地下的“地”,这个地是真正的大“地”。电器设备设施可通过专用导线与导电棒接地(接大地),保护连接的设备免受电击。如果出现过电流故障,它会将故障重定向至接地。通常我们设计的PCB是不需要接大“地”的。