本书将不同专业领域关于地线的知识点串联起来，系统讲述地线的来龙去脉，分析地线相关的问题。全书共分13章，第1~5章主要介绍地线的类型和用途，重点讲解接地的原理和分析方法；第6~12章主要介绍在某些重点领域，地线的具体应用、地线设计的总体方案，以及值得注意的技术细节；第13章解答一些关于接地的常见问题。

本书适合电子行业从业人员和电子爱好者阅读。通过学习本书，读者可系统了解地线相关的理论和多行业实践经验，构建相对完整的地线知识框架。

01  接地概述 1
1．1  接地概念的起源和发展历程 2
1．2  接地的作用与分类 5
1．3  接地符号 7
1．4  什么是好的接地 9
1．4．1  接地电极 9
1．4．2  接地电阻 11
1．4．3  接地导体 15
1．4．4  地线的交流阻抗 15
1．5  测量接地电阻 16
1．5．1  电压降法（三点法） 16
1．5．2  电流钳法 18
1．5．3  Wenner法（四点法） 19
1．5．4  星三角法 20
02  防雷接地 22
2．1  雷电的形成 23
2．2  雷电的危害 24
2．3  防雷系统 26
2．4  其他防雷元件 29
03  电力系统接地 37
3．1  中性线和PE地线的来历 37
3．2  低压配电系统的接地方式 41
3．3  不同接地方式的优缺点 44
3．4  发电厂和变电站的接地装置 46
3．5  低压配电接地 48
3．6  施工现场用电接地 52
3．6．1  施工现场的复杂性 52
3．6．2  施工现场的用电保护措施 52
04  防静电接地 57
4．1  静电的产生 58
4．2  静电的危害 59
4．3  静电放电模型 61
4．4  防静电接地 62
4．4．1  静电的防范 62
4．4．2  防静电材料 64
4．4．3  防静电接地系统 64
05  信号接地 70
5．1  工作接地 70
5．2  导体的电阻和阻抗 72
5．2．1  电阻 72
5．2．2  寄生电感和寄生电容的阻抗 74
5．3  传输线效应 76
5．4  环路 78
5．5  环路阻抗 79
5．6  最小阻抗与最短路径 81
5．7  影响环路阻抗的因素 82
5．8  地线中的信号与噪声 83
5．8．1  常见的噪声类型 84
5．8．2  信号频谱 87
5．8．3  差模噪声和共模噪声 92
5．9  噪声的耦合方式 98
5．9．1  电场耦合 99
5．9．2  磁场耦合 101
5．9．3  共地耦合 103
5．9．4  地线环路耦合 106
5．10  接地方案 110
5．10．1  浮地方案 111
5．10．2  单点接地方案 112
5．10．3  串联接地（菊花链接地） 114
5．10．4  多点接地方案 116
5．10．5  复合接地方案 117
5．10．6  频率选择性接地 119
5．10．7  接地设计 120
06  PCB中的地线设计 122
6．1  PCB中的噪声与地线设计 122
6．1．1  高速PCB的特点和地线设计的挑战 122
6．1．2  同时开关噪声 124
6．1．3  传输线回流路径与地平面 128
6．1．4  串扰 133
6．1．5  差分数据线的共模干扰 135
6．2  接地方案的选择 136
6．2．1  单点接地方案 137
6．2．2  分割接地方案 140
6．2．3  多点接地方案 142
6．3  高速PCB的地平面设计 143
6．3．1  单层PCB和双层PCB 144
6．3．2  多层PCB的叠层设计 146
6．3．3  保持地平面的完整性 147
6．3．4  接地过孔 149
6．4  PCB地线设计实例 152
07  屏蔽接地 160
7．1  电场屏蔽 160
7．2  磁场屏蔽 162
7．3  电磁波屏蔽 164
7．3．1  吸收损耗 164
7．3．2  反射损耗 165
7．4  屏蔽效果综述 166
7．5  孔洞和缝隙的影响 167
7．6  屏蔽接地 168
7．7  屏蔽体内的电路板接地问题 168
08  电缆接地 172
8．1  屏蔽电缆的结构和类型 172
8．2  屏蔽层接地的原理 178
8．2．1  屏蔽电缆的耦合原理 179
8．2．2  电缆屏蔽层对噪声的抑制 184
8．3  信号电缆的接地设计 193
8．3．1  带状电缆的接地 193
8．3．2  音频电缆的接地 195
8．3．3  同轴电缆的接地 197
8．3．4  屏蔽双绞线的接地 199
8．3．5  屏蔽接地方式与猪尾巴效应 199
09  音频系统接地 203
9．1  音频系统的信号特征 203
9．2  音频系统的构成与接口 205
9．2．1  音频系统的构成 205
9．2．2  音频接口 205
9．2．3  音频接口的转换 207
9．3  噪声的来源 209
9．3．1  外部噪声和内部噪声 209
9．3．2  音频信号的失真 211
9．4  音频电路的接地设计 212
9．4．1  PCB接地 212
9．4．2  电缆屏蔽接地 219
10  自动控制系统接地 229
10．1  自动控制系统的构成 229
10．1．1  传感器 229
10．1．2  控制器 231
10．1．3  执行器件 232
10．1．4  通信网络器件 232
10．1．5  电源模块及供电网络 233
10．2  自动控制系统的接地方案 234
10．2．1  自动控制系统的复杂性 234
10．2．2  接地方案 235
10．3  电源的接地 238
10．3．1  交流配电接地 238
10．3．2  直流配电接地 242
10．3．3  工作接地 244
10．4  控制系统接地的实施 245
10．4．1  控制系统接地 245
10．4．2  控制柜接地 246
10．5  电缆接地 250
10．5．1  交流电源线 250
10．5．2  信号线接地 251
10．5．3  变频器和电机接地 253
10．6  现场总线接地 256
10．6．1  RS485电缆接地 258
10．6．2  CAN总线接地 262
10．6．3  工业以太网接地 266
11  仪器、仪表系统接地 270
11．1  仪器接地 272
11．1．1  仪器的接地方式 272
11．1．2  仪器测量过程中的接地 275
11．2  仪表接地 276
11．2．1  仪表接地的目的和重要性 277
11．2．2  仪表的接地方式 277
11．2．3  仪表接地的实施 281
12  电子信息系统接地 287
12．1  数据中心接地 287
12．1．1  接地的目的 288
12．1．2  接地的类型 289
12．1．3  接地电阻 290
12．1．4  防雷接地 291
12．1．5  等电位联结 293
12．1．6  安全保护接地 294
12．1．7  防静电接地 295
12．1．8  屏蔽接地 295
12．2  通信站点的接地 295
12．2．1  外部接地系统 297
12．2．2  内部接地系统 302
13  关于接地的常见问题 309
13．1  TN-S、TN-C-S系统中为什么需要PE地线？ 309
13．2  为什么不接大地的“信号地”也叫地？ 310
13．3  为什么说地只是长胡萝卜和土豆的地方？ 311
13．4  飞机、汽车怎么接地？ 312
13．5  接地为什么能减小噪声？ 313
13．6  地线中都是噪声，为什么还要接地？ 314
13．7  为什么防雷接地必须与其他接地系统相连？ 315
13．8  电缆屏蔽层应该一端接地，还是两端接地？ 316
13．9  金属机箱中的电路板的地线应该怎么连？ 317
13．10  可以用示波器探头测量电阻两端的电压吗？ 317

在电子电路设计、安装和调试工作中，我们总能听到一些关于地线的“玄学”，见到一些莫名其妙的接地“神器”，遇到一些让人困惑但难以解释的事情。例如，接地通常能解决噪声问题，但有时不接地没有噪声，接地后反而有噪声了；有时要这样接地，有时要那样接地，没有一定之规；在一个地方可以解决问题的接地方法，换个地方却不灵了；更重要的是，通过接地消除了噪声，但解释不清原理。

地线是电子电路设计中最重要的课题之一，也是电子工程师最不了解的关键技术之一。互联网上的电子设计、PCB设计论坛中，有很多关于地线设计方面的激烈争论。

作者本人是一个电子工程专业毕业的硕士，虽然在学校学习了很多电子方面的基础课程和专业课程，但是在工作中第一次碰到地线问题时，还是摸不着头脑。这主要是因为在电子专业的课程中很少有专门讲解地线的内容。

电子工程专业的学生在大学时学习了交流电路，知道什么是三相四线制、什么是火线和零线，但未必了解常用的交流电源插座背后的接地系统。在实际工作中，特别是在工厂自动化控制设备的设计和安装工作中，通常会发现在现场接触到的交流供电线路与办公室、家里的不太一样。各式各样的供电线路、各种不规范的接线，还有很多陈旧、古老的设备，都让人搞不懂。打开车间的配电柜，只见黑乎乎的电缆和嗡嗡作响的空气开关，却不知道怎么接线取电。在安装、调试电子设备的过程中，往往会遇到很多意想不到的问题：现场只有380V三相电怎么办？原来准备接PE地线的设备端子线应该接哪里？设备外壳应该和其他设备的外壳连起来吗，它接地了吗？传感器屏蔽电缆已经接了信号地，它会受到旁边设备的电机和变频器影响吗？地线的电压不应该是零吗？

要找到这些问题的答案，需要我们系统地了解电力输电系统及其接地技术。

实际上，地线系统是一个庞大的导体结构，不仅复杂，而且难以计算和分析。它对电子线路的影响无处不在，却又常常被忽略。电路图中简单的接地符号代表的是复杂的、甚至不可捉摸的电流路径。

对地线缺乏深入、系统的理解，会给设计工作带来不少困惑和误解。一方面，要理解地线的概念并不容易。我们从来没有在教科书上系统学过关于地线的理论，甚至没有对它做过严格的定义，更别说通过数学建模进行分析了。另一方面，影响地线性能的因素非常多，而且大部分影响因素存在于设备现场。虽然关于接地的国际标准和国家标准、法规和技术规范很多，但条文繁杂，让人无从下手。因此在实际的地线设计中，设计者的经验往往更重要。

“接地”是电学中一个历史悠久的概念。早在18世纪，本杰明？富兰克林发明避雷针时，虽然电池和发电机还没有问世，但科学家们已经陆续发现了大地、河水的导电性能，以及静电尖端放电现象。避雷针就是在这个基础上设计出来的——用接闪器、引下线和接地电极将云端的电荷导入大地，从而消除静电积累产生的高电压放电，这个基本原理直到今天仍然适用。

利用大地的导电性能来传导信号（主要作为信号的回流路径），从而防止雷击、触电以及保护电路和设备等，这些应用早已存在。在人们对静电、雷电和人造电的不断探索中，也早就认识到，为了防止雷电和高电压对人或设备产生破坏性影响，接地是必不可少的措施之一。

为什么是接大地，而不是接其他东西呢？

首先，地球是一个导体。土壤虽然不是如金属一般的良导体，但是地球巨大的体积提供了非常大的导电截面积，只要接地电极与湿润的土壤充分接触，就能获得一条低阻抗的导电路径，不仅覆盖面积广，而且免费，也不需要维护。早期的电报就是利用大地的导电性能作为回流路径，只需要铺设一条电线，就能传输电报信号。

其次，地球的体积巨大，并且与大气层通过雷电的形式交换电荷，以维持动态平衡。大地能吸收大量的电荷而保持电位不变，因此适合作为电气系统的基准零电位。

最后，人站立在地面上，人所触及的设备也安装在地面上，大地自然容易成为电流路径的一部分。大部分触电事故是因为人体与大地相连形成了导电路径，使电流从人体流过并导入了大地。防止触电的安全保护措施，其基本原理就是让故障电流从地线中流走，而不是流经人体。

大地的广博使接地系统成为一个规模庞大的导体系统。我们在设计制作电路时甚至没有意识到，它会通过地线和深埋在泥土中的接地电极与大地相连。我们常常提到的地线，很多时候并不是一条导线，而可能是一片铜箔、一块金属底板、一段金属管道或线槽，也可能是机箱、机架，以及它们的组合体。它们的直流电阻、高频阻抗，以及周围空间的电磁波分布，影响着与之相连的电子线路和系统，地线问题的复杂性由此而生。

因此，关于地线的知识超出了一个电子工程专业学生的学习范围也就不足为奇了——其中既包括电子方面的基础理论（如电路原理、电磁场等）、电力系统方面的知识，还涉及地球物理、大气物理（雷电）、导体材料等相关知识，以及地线系统的分析方法和理论等。我们在理解地线系统、分析地线相关问题时，感觉复杂和困难是再正常不过的。

要想破解关于地线和接地的“玄学”和“传说”，就要全面地理解地线系统，对它进行科学的分析和研究。我们首先要补足地线相关的知识，比如电力系统的接地、防雷和防静电接地，以及电子系统的信号噪声机制和电磁辐射等。其次，要以更大的视角来思考电路中的噪声电流是如何传导的，比如不再孤立地分析电路板，而是要把与之相连的电源线、地线、数据线、上下游电路和设备，甚至周围环境、气候等都联系起来，进行系统性、综合性的分析。此外，与地线设计相关的经验规则、行业标准和法规也是需要学习的内容（这些都是根据地线相关知识和经验总结出来的）。

本书的目的是为电子行业从业人员、电子工程师和电子爱好者提供与地线相关的拓展知识，将多个行业中有关地线的理论、实践经验总结并串联起来，形成一个覆盖更大知识面的、相对完整的思考框架。

全书共13章。第1~5章主要介绍地线的类型和用途，重点讲解接地的原理和分析方法。第6~12章主要介绍在某些重点领域，地线的具体应用、地线设计的总体方案，以及值得注意的技术细节。第13章解答一些关于接地的常见问题。

需要强调的是，本书的基本逻辑是以电子工程专业的立场和角度介绍地线这个跨专业领域，帮助电子产品、设备和仪器等相关从业人员了解更多有关地线的知识，进而在产品设计和研究分析中更好地处理地线相关的问题。因此，对于作者专业能力范围以外的内容，本书中的论述可能不全面，建议感兴趣的读者自行系统学习。