电子电路中的各种接地（接地保护与GND）

前言

多年以前，雷雨天气下，建筑会遭遇雷击，从而破坏建筑以及伤害建筑内的人，为了避免雷击的伤害，人们发明了避雷针，并将避雷针接地线，从而引导雷击产生的电流经过地线流入到地下。

地线：通过导线将物体与大地相连，目前新建的建筑都会埋有地线。

后来，随着电器的发展，一些金属外壳的电器很容易使人触电，为了防止人触电，于是人们将外壳与地线相连，引导电器内部漏电的电流通过地线流入到地下。

这种防雷和防触电的接地端被称为保护地。

再后来，随着电子电路的发展，电路中的各种信号需要一个共同的参考基准点，于是“地”就被人们选为这个共同参考基准点，通常规定这个“地”为0V电位（电势）点，而电路图中的“地”就是这些电路的公共端。这种参考基准点，一般情况下会连接到一起作为电源负极构成回路（此时电源负极就是这些电路的公共端）；而有一些基准点则会与大地相连。

为什么地线是0V?
通常认为地球是一个良导体，因此地球内部各个点的电势一样（即使某一时刻各点有所差别，最终也可以通过电荷移动，达到平衡，最终各个点电势相同），又由于地球很大，我们将少量电荷送入大地，相对于地球体量来说，这一点电荷并不会引起地球的电势变化（正如一杯水倒进大海，不足以使海平面上升一样。），所以地球的电势是一个比较稳定的值。
另外，电势本身是没有意义的，只有两点间的电势差才有意义，电势差反应了电荷在两点间移动变化的电势能大小。

在电路中，两点间的电位差就是电压，电压正是研究电路的一个重要的物理量。为了方便电路分析，人们需要标定电路中各个点的电位，标定电位需要选取参考点，为了方便，就选取了电势（电位）稳定的大地作为参考点，并规定它的电势为0，与之相连的地线的电位自然也为0，这样电路中其它各个点的电位就相对于接地点确定了，从而整个电路中各个点的电位确定。

总结：因为大地电势稳定，于是它被人们选取为电势（电位）参考点，并规定为0V，所以地线也是0V。

为什么认为地球是一个良导体？
地球内部虽然充满了各种绝缘体，但是土壤导电性良好，是优良导体。人们做过实验，相距100公里的大地，其电阻小于1欧姆。

为什么地球的电势稳定？
因为地球是一个良导体，即使某一时刻，我们向地球注入了很多电荷，引起某一地的电势改变，但是这些电荷也会在地球内部移动，与异性电荷结合，最终使得电荷平很，该地电势回归稳定。况且，地球的地量很大，一般情况下，根本不会出现这么大量的电荷注入大地，即使有，也会很快达到电中性。

注：在电路中，电势等价于电位。而且，在电路中，人们更多的说电位，而不是电势，所以在提到电路的时候，使用了电位一词。

各种接地表示

目前，电子设备的“地”有两种形式：

• 一种是接“大地”，以大地为零电位，把电子设备的金属外壳连接到大地，从而保护设备与人员，如保护接地、防雷接地，这种一般称为“安全地”。

• 一种是“基准地”，这种“地”并不一定要接到“大地”，可能是一种方便电路分析的基准标记，以降低电路信号分析的难度；当然，必要的时候，也会接到“大地”。这种一般称为“信号地”。

目前，在日常应用中，超过安全电压的电路系统一定会接“大地”，以提高安全性；弱电系统（电压低于安全电压：交流电36V以下，直流电24V以下。）中，在最终的PCB板上，电路中的各种“信号地”一般会通过一定的方式连回到公共电源的负极。

由于一个电路中的接地点很多，为了区分不同的子电路部分，各个子电路部分的接地点会使用不同的标识。

1、安全地

（1）、大地地线-EGND接地保护

接地保护一般用在避雷针以及电器的外壳上，以达到保护建筑被雷击和防止人触电的目的。

接地保护的原理是通过在物体和大地之间构建一个“电流的低阻抗通道”，让电流通过这个通道流到大地，从而避免电流流过建筑或人体，以达到保护的目的。

为了与其它接地点区分，电路中常用EGND表示大地地线。

2、信号地——电路公共端构成回路

（1）电源地-GND

GND（Ground的缩写，意为公共端，即电路的公共端。），在早期的电路中，各种“地”一般都使用GND表示，但是随着电路研究的发展，人们需要区分不同功能的电路部分，因此，对于不同的电路部分使用不同的标记。现在，GND一般用来表示电源地。

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。

一般情况下，电源的GND会作为电路回路的负极。

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。
在电路中的电源一般是直流电源，所以电源地线与直流地线实际上就是同一个。

（2）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。

交流地线作为交流电路部分的0V参考点，直流地线作为直流电路部分的0V参考点。通常为了在电路中统一一个地线GND，工程师会将交流地线通过一个耦合电容或者电感与直流地线连接在一起。经过这个耦合电容，就防止了交流电路和直流电路间的干扰。

（3）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。

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。

（4）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。

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。

在由数字“0”电压跳变成数字“1”电压的过程中，或者由数字“1”电压跳变成数字“0”电压的过程中，电压产生了一个变化，根据麦克斯韦电磁理论，变化的电流周围会产生磁场，也就形成了对其他电路的EMC辐射。

没办法，为了降低电路的EMC辐射影响，必须使用一个单独的数字地线DGND，让其他电路得到有效的隔离。

（5）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。

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。

总结

通过区分不同的接地端，可以更加方便的分析电路，构建原理图，并给出合适的接地端连接方式；同时，在画PCB板的时候，能够选择更加合适的方式将这些子电路部分通过接地端完全连接起来；这样就能够减少电路间的信号干扰，电磁干扰（EMI：Electromagnetic Interference），提高信号精度，使得电路的电磁兼容性（EMC：Electromagnetic Compatibility）良好,最终提高电路的可靠性。

参考：

科普|电路中的GND，它的本质是什么？ (qq.com)

开关电源为什么要接地？接地的定义是什么？-电子发烧友网 (elecfans.com)

PCB接地端怎么处理？PCB接地系统详细简介，14种PCB接地方案总结 - 知乎 (zhihu.com)

上面这篇文章的备份

说说电力或电子设备中的各种“地” - 知乎 (zhihu.com)

小记：

这里只是总结了一下常用的接地标记，但是并没有给出这些不同接地部分应该通过何种方式与地相连，上面的第三篇和第四篇参考文章中对不同的接地方式给出了连接方式，并分析了各种接地方式的优劣。