PCB星形接地的简单介绍

一、什么是星形接地？

从概念上讲，星形接地涉及到构建一个电气系统，系统中所有模块或者设备都在一点接地。

最简单的方法是使用电源，其中负极端子（正极端子）被分支到不同的模块中，将她们并联在电路中。

主要是通过将接地分开来防止接地回路，可能会存在接地偏移，但有效消除了高直流电流在不同系统之间流动的可能性。

星形接地

二、PCB 中的星形接地

PCB 中的星形接地主要是提供所有接地返回路径连接的单点。这个单点通常是负电源端子（典型电源上的GND/DC公共端子）。对于低功率交流系统，可能是中性线性的连接。

PCB 布局中星形接地如下所示（蓝色部分为接地），适用于音频PCB，但是接地不当，没有措施防止来自外部的EMI。

PCB 布局中星形接地如下所示（蓝色部分为接地）

三、为什么很多时候不推荐 PCB 使用星形接地？

在 PCB中使用星形接地需要非常谨慎，一不小心，就可能产生以下问题：

1、接地环路

如果在数字信号中使用了星形接地，就没有办法在这个部分之间布线，因为会产生显著的EMI。

也就是说，穿过两个部分之间的间隙路由的任何信号都会遇到定义其返回路径的非常高的电源环路。

具体如下所示：

穿过两个部分之间的间隙路由的任何信号都会遇到定义其返回路径的非常高的电源环路

如果电路处理的是MHz 或更高的频率，并且使用的数字信号需要路由到模拟附近的某个接口，那就不需要星形接地。返回路径会在走线附近进行电容耦合，而不是在接地平面中散开。

2、星形接地产生EMI 问题

如果将所有设备放置在具有不同电位的重叠GND平面的同一PCB上，可以防止接地环路的问题。

但这些平面会发生电容耦合，由于电容耦合，会导致噪声叠加在其中一个接地平面读出的信号上，尤其是在较高频率下，平面对电容的持续充电和放电可能会产生EMI辐射。

因此解决了接地环路，又产生了EMI辐射问题。混合信号系统中 EMI 的主要问题，无论是在发射方面还是在接收方面，都来自于星形接地中施加的路由限制。

EMI辐射

每当走线穿过间隙时，带分割平面的星形接地都会产生 EMI 的可能性。在以走线作为地连接的星形接地布置中，如果走线承载数字信号或高频模拟信号，则将存在具有强辐射的巨大间隙。

四、什么时候使用星形接地？

在混合信号 PCB 涉及和电源系统设计中，其中分离平面或者星形接地布局中带有迹线的布线是首选。如以下：

电路块完全隔离，仅在电源处共享一个接地连接，每个部分之间没有路由或桥接每个部分的接口（没有 A/D 或 D/A 转换器等），单独布线这些电源轨并仅在星形处连接它们。

使用单个接地点：这将确保接地环路面积最小化，并且模拟和数字信号不会相互干扰。

尽可能将不同的返回路径布置得彼此远离

创意布线是星形接地的关键，甚至可以在组件旁边的表面层上使用地面浇注区域。

在多个级别具有多个模拟频率的系统，尽管屏蔽比分离平面更有效地保护低 SNR 模拟线路

隔离式电源系统，包括具有多轨的系统，其中平面分割用于电流隔离而不是噪声控制

注意：请勿在星形接地布置中的接地区域之间的间隙上布线

请勿在星形接地布置中的接地区域之间的间隙上布线

五、PCB星形接地的正确方式

下图显示了星形接地延伸到 PCB上，在下图中，有多个彼此分离的接地区域，并且在接地电源返回处重新组合。每个接地区域的形状非常复杂，但星形接地的要点是接地区域全部在一个点重新组合，即 PCB连接回电源的位置。

PCB连接回电源的位置

不过这个方法是错误的。下面为正确的星形接地方式。

使用星形接地的正确方法是仅在各自的接地区域上方路由信号。就像上面说的，任何情况下都不要在地面区域之间的间隙上布线，一旦布线，就会产生一条具有大环路电路的返回路径，还会产生EMI辐射。

使用星形接地的正确方法是仅在各自的接地区域上方路由信号

以上就是关于 PCB 星形接地的简单介绍。

审核编辑：黄飞