数字地、模拟地、功率地

1. 地是什么

电路中的"地"是电压测量和信号判断的参考点，通常定义为 0 V。

真实的导线和 PCB 铜箔并不是理想的 0 Ω，它们存在电阻和电感。因此，不同位置虽然都标为 GND，实际电压可能略有不同。

常见的地包括：

• 数字地（DGND）：供 MCU、数字通信、时钟和数字 IO 使用。
• 模拟地（AGND）：供 ADC、传感器、运放和基准电压电路使用。
• 功率地（PGND）：供电机、MOS 管、H 桥、开关电源和大电容等大电流电路使用。
• 机壳地/保护地（Chassis/PE）：用于外壳、屏蔽和人身安全，不应直接等同于电路 GND。

2. 三种地的区别

类型	主要负载	电流特点	设计重点
DGND	MCU、通信、数字 IO	快速跳变、瞬态电流	为数字信号提供短而连续的回流路径
AGND	ADC、传感器、运放	电流较小，但对噪声敏感	保持参考电位干净、稳定
PGND	电机、MOS 管、H 桥、电源功率级	电流大、变化快、干扰强	使用短、粗、低阻抗的大电流回路

三种地通常不是永远断开的。它们一般在设计指定的位置连接，但不同电流不能随意共用同一段回流路径。

3. 什么是地电压波动

真实地线上的电压变化可以近似表示为：

地电压波动 ≈ I × R + L × (dI/dt)

其中：

• I × R 是电流流过铜箔电阻产生的压降。
• L × (dI/dt) 是电流快速变化时，走线电感产生的瞬间尖峰。
• 把电阻和电感统一考虑时，可以简写为 电流 × 走线阻抗。

例如，一段功率地铜箔等效电阻为 0.02 Ω，电机电流为 5 A：

5 A × 0.02 Ω = 0.1 V

此时电源负极可能是 0.00 V，而电机附近的 PGND 已经升到 0.10 V。两处虽然都叫 GND，却存在 0.1 V 电位差。

如果 ADC 正在测量 0.2 V 的小信号，0.1 V 的地电压变化就可能造成非常大的采样误差。数字信号的低电平也可能被整体抬高。

4. 为什么要区分 AGND、DGND 和 PGND

区分三种地的核心目的，是控制回流电流的路径：

电源正极 → 驱动器/MOS管 → 电机 → PGND → 电源负极

MCU和数字电路 → DGND → 系统地连接点

ADC和模拟电路 → AGND → 系统地连接点

电机大电流不应从 MCU、ADC 或传感器下面的地铜皮返回，否则会把 PGND 上的压降和尖峰叠加到数字地或模拟地上。

5. 三种地如何连接

常见结构如下：

电机、MOS管、大电容
        │
       PGND
        │
  单点连接 / Net-Tie
      ┌─┴─┐
    DGND  AGND
     │      │
    MCU   ADC/运放

可采用的连接方式包括：

• PCB Net-Tie；
• 0 Ω 电阻；
• 磁珠；
• 电源入口负极附近的单点连接；
• 电流采样电阻的安静端连接。

现代混合信号电路不一定必须切割完整地平面。很多情况下，使用连续地平面并通过合理的元件分区来控制回流路径，比随意切割地平面更可靠。数字信号也不应跨越地平面裂缝，否则其回流路径会被迫绕行。

6. 电机功率回路设计

电机驱动部分应满足：

1. 电源输入、驱动器、MOS 管、电机回流和大电容构成尽可能短的功率环路。
2. 电机电源的大电解电容和高频陶瓷电容应靠近驱动器，并直接连接 PGND。
3. PGND 使用宽铜皮或地平面，避免细长走线。
4. MCU、FG、通信和 ST-LINK 使用 DGND，不承担电机回流电流。
5. ADC、电流采样运放和基准源使用 AGND。

7. 电流采样电阻与 Kelvin 连接

如果电机回流经过低侧采样电阻：

电机回流 ── 采样电阻 ── 系统地
   PGND侧                 安静地侧

采样放大器应使用两根独立、对称的 Kelvin 采样线直接连接采样电阻两端。不能从承载大电流的铜皮其他位置取样，否则测量结果会包含铜皮自身的压降。

J4-2 经采样电阻回到 GND 时，这一段属于需要重点控制的功率回流区域。具体的 PGND/AGND 分界应以控制板原理图和 PCB 网络为准。