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1.接地線的定義
什麼是 PCB 上的接地線？大家在教科書上所學到的地線定義是：地線是一個等電位體，用來作為電路電位的參考點。這個定義並不符合現實。地線上的實際電勢並非固定不變。如果您用電錶測量地面上各點間的電勢，您會發現地面上每一點的電勢都會有很大的差異。正是這些電勢差導致電路異常工作。將電路定義為各向同性體，只是人們對地電勢的預期。Henry 給出了更符合現實的接地定義，將其定義為信號流回信號源的低阻抗路徑。在這個定義中強調了接地中的電流。根據這個定義，地線電位差的原因就很容易理解了。因為地線的阻抗永遠不會為零，當電流流經有限阻抗時，電壓就會下降。因此，我們應該想像地線中的電位就像大海中的波浪，一浪接一浪。
2. 接地線的阻抗
說到接地線的阻抗所造成的接地線上各點間的電位差，很多人都覺得匪夷所思： 當我們用歐姆錶測量接地線的阻抗時，接地線的阻抗通常很多人都覺得匪夷所思：當我們用歐姆錶測量接地線的阻抗時，接地線的阻抗通常都在毫歐姆的範圍內，所以當電流流經這麼小的電阻時，怎麼會有這麼大的壓降，導致電路異常工作。要了解這個問題，我們必須先區分導線電阻和阻抗這兩個不同的概念。電阻是引線在直流狀態下對電流的阻抗，而阻抗則是引線在交流狀態下對電流的阻抗，主要是由引線的電感所造成。任何導線都有電感，當頻率很高時，導線的阻抗會比直流電阻大很多。在實際電路中，造成電磁干擾的訊號通常是脈衝訊號，這些訊號含有豐富的高頻成分，並在接地線上產生很大的電壓。對於在極高頻率下運作的數位電路，接地線的阻抗對數位電路有很大的影響。如果將 10Hz 時的阻抗近似為直流電阻，可以看到當頻率達到 10MHz 時，對於 1 米長的電線，其阻抗是直流電阻的 1000 到 100,000 倍。所以對於 RF 電流，當電流流經接地線時，會產生很大的電壓降。從表中也可以看出，增加導體直徑對降低直流電阻非常有效，但對降低交流阻抗的效果有限。然而，就電磁相容性而言，交流阻抗是值得關注的。要降低交流阻抗，有效的方法是將多條電線平行連接。
3. 接地線干擾機制
3.1 接地迴路干擾
由於地線阻抗的關係，當電流流經地線時，地線上會產生電壓。當電流較大時，此電壓可能較高。例如，當附近有強力電器開啟時，強大的電流會流經接地線。此電流會在兩個裝置之間的連接線上產生。由於不平衡的電路中每條引線的電流不同，因此會產生差動電壓，進而影響電路。由於這種干擾是由連接線和地線所形成的電流迴路所產生，因此稱為接地迴路干擾。接地迴路中的電流也可能是由外部電磁場所誘發。
3.2 共阻抗干擾
當兩個電路共用一條接地線時，由於接地線的阻抗，其中一個電路的接地電位會被另一個電路的工作電流所調變。此電路的訊號會耦合到另一個電路，這種耦合稱為共阻抗耦合。在數位電路中，由於訊號的頻率很高，地線通常會呈現很大的阻抗。在這種情況下，如果不同的電路共用一個公共接地，就可能發生公共阻抗耦合的問題。假設閘極 1 的輸出電平由高轉低，電路中的寄生電容 (有時在閘極的輸入端會有一個濾波電容) 會透過閘極 1 對地線放電。由於地線的阻抗，放電電流將會是地線上產生的峰值電壓。如果閘極 3 的輸出為低電壓，則該峰值電壓會傳送到閘極 3 的輸出端和閘極 4 的輸入端。如果此峰值電壓的振幅超過閘極 4 的雜訊臨界值，將導致閘極 4 失效。
4. 接地線干擾對策
4.1 接地迴路干擾對策 從接地迴路干擾的機理可以看出，只要降低接地迴路中的電流，就可以降低接地迴路的干擾。如果能夠完全消除接地迴路中的電流，接地迴路干擾問題就可以徹底解決。因此，我們提出以下解決方案來解決接地迴路干擾問題。
1) 將一端的設備浮起 如果將一端的電路浮起，接地迴路就會被切斷，接地迴路的電流就可以消除。但是，有兩個問題需要注意。首先，基於安全理由，通常不允許電路浮地。在這種情況下，可考慮透過電感將裝置接地。使用這種導管時，50 Hz 交流電流裝置的接地阻抗非常小，對於較高頻率的干擾信號，裝置的接地阻抗較大，可降低接地迴路電流。然而，這只能降低高頻干擾的接地迴路干擾。另一個問題是，即使裝置是浮動的，裝置與地之間仍有寄生電容。此電容在較高頻率下提供較低的阻抗，無法有效降低高頻接地迴路電流。
2) 使用變壓器實現裝置之間的連接。使用磁路連接兩個裝置，可以切斷接地迴路電流。但需要注意的是，變壓器的一級和二級之間的寄生電容仍然可以為高頻接地迴路電流提供通路，因此，變壓器的隔離方法對抑制高頻接地迴路電流的效果較差。
3) 使用光隔離器 切斷接地迴路的另一種方法是利用光來傳輸訊號。這可以說是解決接地迴路干擾問題的理想方法。光連接有兩種方法，一種是光耦合器裝置，另一種是光纖連接。光耦合器的寄生電容通常為 2pf，可在極高的頻率下提供良好的隔離效果。光纖幾乎沒有寄生電容，但在安裝、維護和成本方面都不如光耦合器。
4) 使用共模扼流線圈 在連接線上使用共模扼流線圈等於增加接地回路的阻抗，使接地回路電流在一定的接地電壓作用下減小。在連接線上使用共模扼流線圈，等於增加接地迴路的阻抗，使接地迴路電流在一定的接地電壓作用下減小。但要注意控制共模扼流線圈的寄生電容，否則對高頻干擾的隔離效果很差。共模扼流線圈的匝數越多，寄生電容就越大，高頻隔離效果就越差。
4.2 消除共阻抗耦合
消除公共阻抗耦合有兩種方法。一種是降低共用接地線的阻抗，因此共用接地線上的電壓也會降低，從而控制共用阻抗耦合。另一種方法是透過適當的接地，避免容易相互干擾的電路共地。一般而言，強電路與弱電路之間、數位電路與類比電路之間應避免共地。如前所述，降低接地阻抗的問題在於減少接地的電感。這包括使用平面導體接地和多間距平行導體接地。就印刷電路板而言，雙層板上的接地柵格可以有效降低接地阻抗。即使多層板的其中一層用作接地，其阻抗也非常低，但這會增加板的成本。透過適當接地避免共用阻抗的接地方法是將個別點平行接地。
平行接地的缺點是接地導線太多。因此，在實際應用中，並非所有的電路都必須單點並聯接地。對於相互干擾較少的電路，可以採用單點串聯接地。例如，可以根據強信號、弱信號、類比信號、數位信號等將電路分類，然後將類似的電路進行串聯接地。然後相似的電路使用串聯單點接地，不同類型的電路使用並聯單點接地。
5.接地線造成電磁干擾的主要原因是接地線的阻抗。
地線造成電磁干擾的主要原因是地線的阻抗。當電流流經接地線時，接地線上會產生一個電壓，也就是接地線的雜訊電平。在此電壓的驅動下，會產生接地迴路電流，造成接地迴路干擾。當兩個電路共用一個公共地線時，就會發生公共阻抗耦合。解決接地迴路干擾的方法是中斷接地迴路，在接地迴路中加入新的阻抗，並使用平衡電路。共阻抗耦合的解決方法是降低共用接地的阻抗，或使用平行單點接地連接，以完全消除 PCB 板。
