接地的目的决定接地的方式，同样的电路，不同的目的，可能都要采用不同的接地方式。比如同样的电路，在便携式设备上，静电累积泄放不掉，接地的目的就是电位均衡；用在诸如台式、大型设备等非移动的设备上时，一般会有安全接地措施，对静电泄放的接地目的是导通阻抗足够低，尤其是对尖峰脉冲的高频导通阻抗。
1.接地的基本概念
1.1接地的含义
电子设备的“地”通常有两种含义：一种是“大地”(安全地），另一种是“系统基准地”(信号地）。接地就是指在系统与某个电位基准面之间建立低阻的导电通路。“接大地”就是以地球的电位为基准，并以大地作为零电位，把电子设备的金属外壳、电路基准点与大地相连接。
把接地平面与大地连接，往往是出于以下考虑：
1）提高设备电路系统工作的稳定性:
2）静电泄放:
3）为操作人员提供安全保障。
1.2接地的目的
1）安全考虑,即保护接地:
2）为信号电压提供一个稳定的零电位参考点(信号地或系统地）:
3）屏蔽接地。
1.3基本的接地方式
电子设备中如果按照物理结构来看，可以分为三种基本的接地方式：单点接地、多点接地、浮地。如果按照性能来分的化，一般可以分为安全接地、工作接地（数字地、模拟地、功率器件地）、防浪涌接地（雷击浪涌、上电浪涌）以及防静电地等。这一节我们主要介绍接地方式，如下图1：
1.3.1单点接地
单点接地是整个系统中，只有一个物理点被定义为接地参考点，其他各个需要接地的点都连接到这一点上。单点接地适用于频率较低的电路中(1MHZ以下）。若系统的工作频率很高，以致工作波长与系统接地引线的长度可比拟时，单点接地方式就有问题了。如图1中（a）和（b）。
当地线的长度接近于1/4波长时,它就象一根终端短路的传输线,地线的电流、电压呈驻波分布,地线变成了辐射天线,而不能起到“地”的作用。为了减少接地阻抗,避免辐射,地线的长度应小于1/20波长。在电源电路的处理上,一般可以考虑单点接地。对于我司大量采用的数字电路,由于其含有丰富的高次谐波,一般不建议采用单点接地方式。
1）串联单点接地
如图1中的（a）为串联单点接地。对于串联单点接地方式，如果改电路的功率很大，会产生很大的电路回流，在有限阻抗上会产生一个电压降，造成电路和基准地之间的电压参考值的差异可能使系统不能如预期的那样工作。
如果系统有多种不同功率等级的电路，是不能采用串联单点接地方式的，因为大功率电路产生大的回地电流，将影响低功率器件和电路。如果说一定要采用这种接地方法，那么敏感的电路必须直接设置在电源输入位置处，并尽可能原理低功率器件和电路。如果各电路的接地电平差别不大，可以采用这种方式。
2）并联单点接地
如图1中的（b）为并联单点接地。并联单点接地方式中，每个电路单元独用地线链接到同一地点，其优点是个电路的地点为只与本电路的地电流及低阻抗有关，不受其他电路的影响。低频时，可以有效的避免各单元电路之间的低阻抗干扰，但是也存在很多缺点。主要表现在：
各个电路弗恩别采用独立地线接地，需要多根地线，必然会增加地线长度，从而增加低阻抗，结构复杂使用麻烦；
这种接地方式会造成各地线相互间的耦合，并且随着频率增加，地线阻抗、地线电感、地线电容都会增加，这种接地方式不适用于高频电路。
1.3.2多点接地
多点接地是指设备中各个接地点都直接接到距它最近的接地平面上，以使接地引线的长度最短，接地阻抗减到最小。
多点接地电路结构简单，接地线上可能出现的高频驻波现象显著减少，适用于工作频率较高的(10MHZ）场合。
当电子系统的工作频率高于1Mhz时，以至工作波长与系统接地引线的长度可以比拟是，地线就像一根终端短路的传输线，地线的电流、电压呈驻波分布，地线变成了辐射天线，而不能引起到地线的作用。为了减少接地阻抗，避免辐射，地线的长度应小于1/20波长，因而单点接地方法是不合理的。通常采用多点接地技术。多点接地电路结构简单，接地线上出现的高频驻波现象显著减少，但多点接地可能会导致设备内部形成许多接地环路，从而降低设备对外界电磁场的抵御能力。在多点接地的情况下，要注意地环路问题，尤其是不同的模块、设备之间组网时。
一般来说，频率在1Mhz以下时，可以采用单点接地方式，频率高于10Mhz时采用多点接地方式，而频率在1-10Mhz时，只要最长传输线长度小于1/20波长，通常可以使用单点接地方式来避免阻抗耦合。高频低频混合电路，可以采用混合接地方式。
多点接地案例（以交换机产品为例）：
交换机产品其系统工作频率均在10MHZ以上，且多为含有丰富的高次谐波的数字电路，建议除BGND以外，所有地均在背板汇接(多点连接：即，除BGND以外的其他地，如GND、PGND、AGND、DGND等，全部从单板直接与背板就近连接）。
1.3.3混合接地
混合接地是单点接地和多点接地的复合。在PCB中存在高低频混合频率时，常使用这种接地方式。
图一中的（d）和（e）如上，提供了两种混合接地方法，对于“（d）容式混合接地”，即电容耦合型电路，在低频时呈现单点接地结构，而高频时呈现多点接地状态，这是因为电容将高频电流分流到地。其中电容的选择必须基于使用的频率和接地电流预期流向。在接地拓扑结构中使用电容和电感，使我们能用一种优化设计的方式控制射频电流。通过确定射频电流要通过的路径，可以控制PCB的布线。对射频电流回路缺乏认识可能导致辐射或敏感度方面的问题。如果大家想详细了解电容式或者电感式原理的化，可以查看我上篇写的《PCB之EMC设计中的滤波电路》中的关于电感和电容滤波特性内容。
1.3.4浮地
浮地是指设备地线系统在电气上与壳体构件的接大地在电气上相互隔绝。以防止壳体的电磁干扰传导到设备中去。但是由于设备不与公共地相连，故悬浮地容易在两者之间产生静电积累，当电荷积累到一定程度后，在设备和公共地之间形成电场，产生的电位差可能引起剧烈的静电放电，出现干扰。悬浮地一般不适用于通信系统中。
浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。
一个折衷方案是在浮地与公共地之间跨接一个阻值很大的泄放电阻（如下图的“（g）悬浮地折中方案”），用以释放所积累的电荷。注意控制释放电阻的阻抗，太低的电阻会影响设备泄漏电流的合格性。
浮地技术的几个注意事项：
1）尽量提高浮地系统的对大地绝缘电阻，从而，有利于有效降低进入浮地系统之中的共模干扰电流。
2）注意浮地系统对地存在的寄生电容，高频干扰信号通过寄生电容仍然可能耦合到浮地系统之中。
3）浮地技术必须与屏蔽、隔离等电磁兼容性技术相互结合应用，才能收到更好的预期效果。
4）采用浮地技术时，应当注意静电和电压反击对设备和人身的危害。
2.接地方式的一般选取原则
对于给定的设备或系统，在所关心的最高频率(对应波长为）入上，当传输线的长度L＞入，则视为高频电路。反之，则视为低频电路。根据经验法则，对于低于1MHZ的电路，采用单点接地较好：对于高于10MHZ，则采用多点接地为佳。对于介于两者之间的频率而言，只要最长传输线的长度L小于1/20入，则可采用单点接地以避免公共阻抗耦合。
对于接地的一般选取原则如下:
(1）低频电路（＜1MHZ）：建议采用单点接地；
(2）高频电路（＞10MHZ）：建议采用多点接地；
(3）高低频混合电路，混合接地。
2.1系统接地方式
共模干扰、串扰和辐射干扰都是与PCB的接地设计有密切的关系。一个好的设计可以有效控制信号回路的阻抗和回路面积，以及干扰电流的幅度。
对于系统接地在PCB设计初期做好以下考虑，才能保证PCB板上的信号质量：
要确定电路中的可能干扰源。一般是高di/dt、高dv/dt电路，如时钟、总线缓冲器/驱动器、高功率振荡器。在PCB布局、布线和检查时对它们给予特别注意。
确定电路中易受干扰的敏感电路，如：低电平模拟电路，高速数据和时钟。在设计时注意隔离和保护。
保证最小化低电感和信号回路，所以，信号线应该尽量短，信号回路面积尽量小。对速度较高的电路应该用有地平面的多层板。
确定地平面的分割与不分割部分，对于混合电路，如数字地和模拟地分割，不会出现或能够很好解决信号跨越和信号回路的问题，可以采用分割。否则，建议采用“分区但不分割”的方法。即：局部和布线时严格区分数字和模拟区域，避免数字信号与模拟信号出现公共回流路径。但地层并不分隔开。避免信号跨越而形成大的信号回路。
设计好接口地，保持接口地的“干净”，使噪声无法通过耦合出入系统，特别是通过电缆连接的信号易将噪声耦合出入系统，注意保持I/O地不受到共模干扰，接口部分的电源地尽量采用平面。
注意电路合理分区，控制不同模块之间的共模电流，对于纯数字电路，应该注意按电路工作速率高、中、低以及I/O进行分区。以减少电路模块之间的共模电流。
PCB上的接地设计，应该符合设备系统的总接地方案。特别是单板、背板，以及与机框机架需要搭接的地方，PCB上应该备有系统要求的安装孔、喷锡或采用其他镀层的导电接触面。
2.2双面板接地结构设计
双层板接地一般有两种，包括“梳型电源、地结构”和“栅格型地结构”，每一个类型都有其适合场景，但是一般而言，任何电路都不宜直接采用梳型的地结构，由图可以看出信号的回流都必须折回根部，回路面积大。但只要对较重的信号加以地保护，布线完成之后将空的地方都敷上地铜皮，并用多个过孔将两层的地连接在一起，这个缺陷可以得到弥补。这种结构只适用于低速电路，PCB上信号的走向较单一，而且走线密度较低的情况。
而，栅格型地结构，电源和地分别从PCB的顶层和底层，以正交方式引出，在电源和地交叉处放置去耦电容，电容的两端分别接电源和地。与梳型比较，栅格型地结构信号回路较小。栅格型地结构适用于低速的CMOS和普通的TTL电路，但应该注意对较高速的信号加足够的地保护，使回路面积和回流路径的电感达到最小。
2.3多面板接地结构设计
当信号的频率较低时，信号的回流主要是沿最低电阻路径，即几何短路路径；当信号达到一定频率（F＞1khz）时，信号的回流集中沿最低电感路径，返回电流主要沿印制线的下方回流：
频率较高时，不论信号紧靠的是电源平面还是地网络平面，信号的返回电流总是沿紧靠的参考平面回流。
2.3.1信号回流
从信号回路路径角度来看，我们一般不采用电源作为参考平面，见下图，我们来分析下不采用电源作为参考平面的原因，特别是高速线：
由上图可见，当高速信号在信号线上传播时，在信号电流向前传播的过程当中，由于与参考平面之间存在容性耦合，所以当发生dV/dt时，就会有电流经耦合电容流向参考平面的现象，传输线正下方位置都会有瞬态电流流回到源端电路。如果信号的参考为电源平面，那么信号回流将首先流向电源层，然后再通过电源与地网络之间的Cpg流向地网络，最后再经地层流向源端电路，最终形成一个完整的电流回路。我们都知道，控制好高速信号的回路阻抗非常关键，因为它直接影响到信号传输特性。
当信号参考电源层布线时，回流路径当中对信号影响最大的就是Cpg电源与地网络之间的容性通道。它可以是电源地网络上分布复杂的退耦电容，也可能包含电源地层平面之间的平板电容，构成非常复杂，在各个频点所表现的阻抗特性都不一样，难以量化与控制。所以不建议高速信号参考电源。
从信号回路的构成可以得出：
回路的构成上，电源平面和地网络平面同样重要；
滤波电容不仅仅起到平滑电源、为电源去耦的作用。他还在信号回路中起桥梁作用；
并非所有信号只能从地回流，电源平面也是回流的重要途径。
2.3.2参考平面的设计
在印刷电路板上是没有“真正”的地的，而通常所说的“地”一般都指的是回流路径或参考平面。对于实际的PCB来说，最好的“地”应该是一个完整的、公共的地平面，这样可以减少PCB上走线之间的串扰，减少电磁干扰。
2.3.2.1不完整的地平面
地平面分割通常出现在数模混合的PCB上。不管是地平面还是电源平面，对于回流信号都是一样的，它们都作为一个参考平面为回流信号提供一个返回路径。在高频时，由于趋肤效应，返回电流总是贴着信号走线下方流动。但是当参考平面上出现沟槽时，返回电流就会绕过这个槽。这个绕行的回流增加了整个回路的电感，增加的电感可由下式计算得出：
L=5Dln(D/W)(1)
式(1)中：L为电感，单位为nH；D为沟槽长度，单位为in；W为线宽，单位为in。这个电感会使电路的上升时间增加，并加剧线路之间的串扰，同时使该电路Q值增大，从而有可能发生谐振。
PCB上一个闭合路径可以等效成为一个电流环天线，绕行的回流增加了环路的面积，使回路的辐射增大，一条微带线分别具有完整参考平面和不完整参考平面时的近场辐射测试图如下，频率范围是20MHz～MHz。当微带线跨越分割以后，其辐射增加了20dB左右。
2.3.2.2参考平面分割
在实际的设计中，完全禁止平面分割是不现实和经济的。例如：芯片的低功耗化和单板功能的复杂化，有事一个PCB板上会有三种以上的工作电源，安排每种电源一层是不合适的，可以把几种不同的电源安排在同一平面上，这样一个层面就被不同的电源网络所分割。为了避免不同的电路之间的干扰，不同的电路设置不同的地平面，这样，一个层面就被不同的地平面所分割。对于数模混合电路，根据单板电路的具体情况，可以采用三种方式分割，分割+桥接，分区但不分割。
1）分割：适用于数字电路与模拟电路之间没有信号联系
布局时将数字电路和模拟电路分开，器件排列尽量紧凑，布线时避免数字电路的信号跨越模拟电路区域，避免模拟电路的信号跨越数字电路区域，避免模拟电路的信号跨越数字电路区域。两个区域隔离足够的距离。数字地与模拟地分割，然后在插座处单点链接，见下图，这样能最大限度地抑制数字电路对模拟电路的干扰：
2）分割+桥接：适用于数字电路与模拟电路之间联系的信号线较少且集中
当两个区域只有一个连接点时，电流无法仅通过一个连接点流入另一个区域而又从同一个点返回。这时两个区域是相互独立的，电流无法流入或流出。如下图，把这种形式引入到模拟地和数字地中，用沟槽分割数字地与模拟地，再通过桥连接两者。这样既可以保证DGND与AGND引脚之间有相同的电压，而且隔离了数字电路产生的噪音。使用桥的好处类似于有了护城河的城堡。只有具备过桥通行权的信号才能被允许通过，这条通过桥在参考平面上形成的回路就是唯一允许存在的路径。
3）分区但不分割：适用于数字电路与模拟电路之间的联系的信号线较多且难以集中在一块
将数字电路和模拟电路分区布局，布线时避免数字电路内部的信号跨越模拟电路区域，避免模拟电路内部的信号跨越数字电路区域。地层并不分割，是一个完整的层面，保证两个电路之间联系的信号有最小的信号回路。。
4）信号回路的桥接：信号跨越至少两个平面层。
当较重要的信号不得不跨越参考平面时，可以采用如下两种桥接方式：跨线桥接方式和电容桥接方式，如下图4：
1）跨线桥接：适用于信号跨越后，又能回到原来的参考平面上。桥接走在信号层，并且走线要尽可能宽，参考图4中的“跨线桥接（a）”；
2）电容桥接：当信号跨越分割后回不到原来地平面上时，可以在信号跨越处增加一个（或多个）0.01uF电容为信号提供回路。这种用途的电容常被形象的成为StichingCapacitor。桥接电容应尽量靠近（小于mil，当小于80mil时效果更佳）要保护的信号线，每个电容所保持的信号线不超过5根。如图4中的“电容桥接（b）”。
2.3.2.3参考平面的处理
参考平面的一般处理原则如下：
1）电源平面紧靠地平面（仅限高频电路）
当电路的工作频率很高（如：大于Mhz）时，电源平面应该紧靠地平面，这样可以最大化电源平面与地平面的电容耦合，降低电源的噪声。
2）多个地平面用过孔相连
当PCB中有多个地平面时，应该在板上用较多分散的过孔将地平面接连在一起，特别在信号集中换层的地方，以便为换层的信号提供较短回路和降低辐射。
3）条件允许时，采用20H原则
在实施20H原则时，应该优先满足信号的回路最小，信号阻抗连续。即缩进电源平面时，若相邻的信号层在电源平面边缘有走线，可以在此范围内不考虑20H原则，确保信号不跨越，而且电源平面的边缘应该衍生出信号的位置。
4）加地平面作为信号隔离层
当信号层数多需要增加隔离层时，宜加地平面作为隔离，不要加电源平面作为隔离层。
5）控制好平面的延伸区域
在进行电源地平面设计时，应该控制好平面的延伸区域，避免不同类型电路的参考平面交叠，平行的带电平面之间存在电容耦合。
2.3.2.4PCB叠层设计
PCB的叠层设计不是层的简单堆叠，底层的安排是关键。有兴趣的可以参考我百家号上面的《PCB最佳EMC之叠层设计分析》：