PCB接地层设计要点：从类型选择到细节把控EMI控制指南

适用场景：工业温度传感器（输出 0-5V 模拟信号）、音频放大器（20Hz-20kHz）等低频小信号电路，这类电路的 EMI 主要来自接地环路。

设计要点：将所有电路的接地点汇聚到接地层的一个 “公共点”（如 PCB 右下角），公共点通过粗铜箔（宽度≥2mm）连接到外部接地。接地层面积无需过大，但需确保模拟电路的接地点远离数字电路的接地点（间距≥5mm），避免数字噪声耦合。

案例：某模拟温度采集 PCB（信号频率 50Hz），初期用多点接地层，接地环路导致采集信号波动 ±0.1℃（设计要求 ±0.02℃）；改为单点接地层后，波动降至 ±0.01℃，EMI 测试中模拟信号的噪声衰减 30dB。

适用场景：5G 射频模块（2.6GHz）、FPGA 时钟电路（100MHz）等高频电路，这类电路的 EMI 主要来自信号回流路径长、辐射强。

设计要点：

接地层需与高频信号层相邻（层间距≤0.2mm），确保回流电流紧贴信号线流动，路径长度≤信号线长度 + 2mm；

接地层铜箔厚度≥1oz（0.035mm），100MHz 下阻抗可控制在 0.1Ω 以内；

避免在接地层上开大面积缝隙（缝隙宽度 <干扰波长的 1/20，如 100MHz 干扰的缝隙≤1.5cm），否则会形成 “天线效应”，增加辐射。

3. 混合频率电路（1MHz-10MHz，如工业 PLC）：选混合接地层

适用场景：同时包含模拟（如 4-20mA 电流信号）和数字（如 RS485 通信）电路的 PCB，需兼顾低频抗环路、高频低阻抗需求。

设计要点：

低频模拟部分用单点接地，高频数字部分用多点接地，两者通过 “磁珠 + 电容” 组合连接（磁珠抑制高频噪声，电容提供低频通路）；

接地层分为 “模拟区” 和 “数字区”，两区之间保留 1mm 宽的铜箔桥接（避免完全分割导致回流断裂），桥接处串联磁珠（阻抗 1kΩ@100MHz）。

二、接地层结构设计：优化阻抗与屏蔽效果

问题危害：接地层若存在断点（如大面积镂空）或窄颈（铜箔宽度 < 1mm），会导致局部阻抗升高，回流电流在此处产生压降，引发 EMI。例如，某开关电源 PCB 的接地层有 2cm×0.5cm 的镂空，10A 电流流过时，镂空处压降达 0.5V，共模辐射超标 10dB。

设计要求：

高频信号下方的接地层需 100% 完整，无任何镂空（除非为避让元件引脚，镂空直径≤0.5mm）；

接地层的铜箔宽度≥2mm（电源接地部分≥5mm），避免窄颈；

若必须开缝（如分隔不同接地区域），缝隙长度≤信号波长的 1/10（如 1GHz 信号的缝隙≤3cm），且缝隙两端需用接地过孔连接（间距≤5mm）。

分区原则：按 “信号类型” 将接地层分为模拟接地区（AGND）、数字接地区（DGND）、电源接地区（PGND），各区隔离但单点连接：

模拟接地区：覆盖传感器、放大器等模拟电路，面积≥模拟电路区域的 1.5 倍，避免数字信号布线穿越；

数字接地区：覆盖 MCU、FPGA 等数字电路，与模拟接地区的间距≥3mm，通过 0Ω 电阻或磁珠单点连接；

电源接地区：覆盖开关电源、DC-DC 模块，与其他接地区的间距≥5mm，通过粗铜箔（宽度≥5mm）直接连接到公共接地点。

案例：某医疗监护仪 PCB，初期 AGND 与 DGND 未隔离，数字噪声导致心率监测误差 ±5 次 / 分钟；分区隔离后，误差降至 ±1 次 / 分钟，EMI 测试满足 IEC 60601 标准（医疗设备 EMI 要求）。

设计逻辑：接地层与电源层相邻（如多层 PCB 中，电源层在接地层上方，层间距 0.1-0.2mm），形成 “电源 - 地” 耦合电容，可抑制电源噪声（噪声通过电容流入接地层）；同时，电源层的电流波动会通过接地层吸收，减少对信号层的干扰。

注意事项：

电源层与接地层的重叠面积≥90%，避免局部无重叠导致耦合电容不足；

高频电源（如开关电源）的电源层需与接地层完全重叠，且在电源芯片下方增加接地过孔（间距≤2mm），降低电源噪声辐射。

问题：高频信号（>100MHz）的接地过孔若间距过大，会导致信号回流路径 “绕弯”，增加阻抗和辐射。例如，某 HDMI 2.1 信号线（传输速率 48Gbps）的接地过孔间距 10mm，回流路径长，差模辐射超标 8dB。

设计要求：

高频信号线（如射频、时钟）两侧需均匀布置接地过孔，间距≤信号波长的 1/20（如 100MHz 信号的过孔间距≤1.5cm）；

接地过孔直径 0.3-0.5mm，孔壁镀铜厚度≥20μm，确保低阻抗；

多组接地过孔需呈 “梅花状” 分布，避免线性排列导致的阻抗不均。

设计逻辑：PCB 边缘的接地层需形成 “闭合环”（宽度≥3mm），可阻挡外部干扰波从 PCB 边缘耦合到内部。例如，工业控制 PCB 的边缘接地环，能使外部强电噪声（如 380V 电机干扰）的耦合衰减 30dB 以上。

注意事项：

边缘接地环需与内部接地层通过密集过孔（间距≤1cm）连接；

若 PCB 有连接器，边缘接地环需延伸至连接器外壳，确保连接器外壳接地，减少干扰从连接器引入。

适用场景：功率电路（如电机驱动、LED 电源）的接地，电流可达 10-100A，接地不良会导致压降和强辐射。

设计要求：

大电流接地铜箔宽度≥电流值（A）×0.2mm（如 10A 电流需≥2mm 宽铜箔）；

接地路径需短而直，避免弯曲（弯曲会增加电感，高频下阻抗升高）；

在功率元件（如 MOS 管）下方增加多个接地过孔（数量≥电流值 / 5A，如 10A 电流需≥2 个过孔），分散电流，减少局部发热和阻抗。