接地符號完整指南：Earth、Chassis、Signal、AGND、DGND 與 PGND

接地符號可能是任何原理圖中最常見的符號之一，因此很容易讓人以為所有 Ground Symbol 都代表相同意思。但實際上並不是這樣。

Earth、Protective Earth、Chassis 與 Signal Ground 各自具有不同用途。混淆這些接地類型，可能造成 Ground Loop、電位偏移與 EMI 等訊號完整性問題，嚴重時甚至可能因設備外殼沒有正確保護接地而形成安全風險。

理解每一種接地符號真正代表什麼，是避免這兩類問題的第一步。

在本指南中，您將了解：

• 接地符號的主要類型：Earth、Protective Earth、Chassis 與 Signal Ground
• 為什麼 Earth、Chassis 與 Signal Ground 使用不同符號
• 如何在原理圖上區分 Analog Ground、Digital Ground 與 Power Ground
• 安全規範實際要求使用哪些 Ground Symbol
• 原理圖中的接地符號如何轉換成 PCB Net、Ground Plane 與 Stitching Via

接地符號表：快速參考

六種主要接地符號已經涵蓋大多數原理圖以及設備標示中會遇到的情況。其中四種具有 IEC 60417 編號，另外兩種主要來自 IEEE 315 的電路圖符號慣例。

下表可以快速比較這六種接地符號。

圖：六種常見接地符號的快速對照表

六種接地符號完整比較

什麼是接地符號？

Ground Symbol 用來標示電路所採用的零電位參考節點。對 Signal Ground 而言，這個節點通常同時也是電流回流路徑；而 Protective Earth 與部分 Earth Ground 在正常工作條件下，則不應作為一般工作電流的回流路徑。

圖：IEC 60417 中的四種 Earth／Chassis 符號：5017、5018、5019 與 5020

一個 Ground Symbol 可以同時傳達四類資訊：

• Reference：定義電路中其他電壓量測所使用的參考點。
• Return：為流經電路的電流提供回流路徑。
• Connection：在原理圖中，相同標示的 Ground Symbol 可以代表相同電氣 Net，而不需要實際畫出連接導線。
• Declaration：Protective Earth 符號代表的是與安全相關的實體連接要求，而不只是繪圖風格上的選擇。

第四項正是不同 Ground Symbol 不能隨意互換的重要原因。前三項主要描述電氣行為，包括參考、回流與 Connectivity；第四項則進一步描述該連接對實體硬體的意義，尤其 Protective Earth 還涉及電氣安全。

大地接地符號（IEC 60417-5017）

Earth Ground Symbol 由一條垂直線連接三條水平線構成，而且三條水平線由上而下逐漸縮短。

IEC 60417-5017 用來識別 Earth Terminal 或 Earth Connection，並且與 Protective Earth 以及 Functional Earth 符號明確區分。

IEEE Std 315 Clause 3.9.1 也使用這種圖形作為一般 Ground Symbol，而且其定義範圍比 IEC 單純的大地接地更加廣泛。

主要涵蓋兩種情況：

1. 直接與大地，或構成大地一部分的水體形成導電連接。
2. 連接到具有類似功能的導電結構，例如並未直接與地球導通的航空器、太空載具或陸上車輛框架。

第二種情況尤其容易讓人意外。例如飛行中的航空器完全沒有與地面連接，但依 IEEE 315 的定義，Airframe 仍然可以作為具有相同電氣功能的 Ground Reference。

換句話說，符號描述的是這個導體在系統中的功能，而不是它是否真的位於地面上。

如何正確繪製 Earth Ground Symbol？

正確的 5017 符號主要具有三個特徵：

• 三條水平線都以垂直線為中心，而且下方每一條都比上一條更短。
• 垂直線終止於最上方水平線的中央。
• 不要另外增加圓圈、圓弧或其他圖形元素，因為這可能改變符號的標準意義，甚至形成另一種正式標準符號。

圖：Earth Ground Symbol

保護接地符號（IEC 60417-5019）

Protective Earth（PE）符號是將 Earth Ground 圖形置於圓形外框中的符號。

IEC 60417-5019 用來標示需要連接至外部 Protective Conductor 的端子。當設備發生故障時，該保護導體可以提供 Fault Current Path，並協助保護裝置自動切斷電源。

與本指南中的其他 Ground Symbol 相比，Protective Earth 具有直接的安全與法規意義。

它不只是描述電路如何運作，而是在明確聲明一個與安全相關的實體連接，因此在 Safety Test 或產品檢查時，可以直接驗證這個連接是否真正存在。

Protective Earth 標示規則（IEC 60204-1）

IEC 60204-1 Clause 8.2.6 規範 Protective Conductor Connection Point 的標示方式，而且將 Graphic Symbol 列為主要方法。

在標準符號中，垂直線會在到達圓形外框之前停止，不會直接碰到圓圈。原文指出，這個細節也是實務中非常容易被錯誤複製的地方。

Protective Earth 標示通常可以出現在 PE Terminal Block、接地 Tab、Grounding Lug，以及其他 Protective-Conductor Connection Point 上。

相關電子元件也可以透過 JLCPCB Parts Library 查找。

圖：Protective Earth Symbol

機殼／機架接地符號（IEC 60417-5020）

Chassis Ground Symbol 由一條水平線以及其下方三條短斜線構成。

IEC 60417-5020 的正式名稱為「Frame or Chassis」，用來識別 Frame 或 Chassis Terminal。

IEEE Std 315 Clause 3.9.2 也使用相同的基本圖形，表示 Printed-Wiring Board 上對應的 Chassis Connection，而且特別指出：Chassis 或 Frame 相對於大地或周圍結構，可能存在相當大的電位差。

圖：Chassis Ground Symbol

Chassis Ground Symbol 常見使用情境

• 汽車電子：車身或 Chassis 經常作為部分車載電氣系統的共用回流結構。
• RF 與 Microwave：Shield Can、Connector Shell 與 Cavity Wall 通常會與 Chassis Bonding，以控制屏蔽效果以及高頻 Return Current Path。
• Rack 與 Panel Equipment：PCB Assembly 或 Card Cage 所安裝的金屬機殼與機架結構。
• 航太系統：Airframe 可以作為部分電氣系統的共用導電結構或 Return Path。

Chassis 是否同時連接 Earth，是另一項必須明確設計的決策。

在 Class I 產品中，Chassis 會透過明確定義的導體與 Protective Earth Bond。如果只在設計中「默認」存在這個連接，卻沒有清楚標示，就可能同時造成兩個問題：組裝人員不知道需要安裝 Ground Strap，而 Reviewer 也無法判斷 Metalwork 到底已接地還是處於 Floating 狀態。

訊號接地符號（IEEE 315）

Signal Ground Symbol 通常使用三角形圖形，用來表示 Circuit Common 或 Signal Reference Connection。

IEEE Std 315 Clause 3.9.3 將此符號定義為 Common Connection。在原理圖中，使用相同 Designation 的位置可以被視為電氣相連，因此不需要在各點之間另外畫出完整導線。

該規範也允許在符號中加入特定數值、字母、編號或其他標記，用來區分不同 Common Net。

Signal Ground Symbol 的常見形式

注意：最後一種非常容易誤判。大部分 EDA Power Port Library 會使用向上的圖形表示 Power Supply，而向下表示 Return，因此標示 +3V3 且朝上的符號實際上是 Power Rail，而不是 Ground。

圖：實心與空心 Signal Ground Symbol（GND）

功能接地符號（IEC 60417-5018）

Functional Earth Symbol 會將 Earth Ground 圖形畫在半圓形圓弧下方。

IEC 60417-5018 用來識別 Functional-Earthing Terminal，其主要用途是支援設備正常工作、改善 EMC 表現或提升量測精度。

目前 IEC 60417 Database 將其命名為「Functional Earthing」。較舊的技術資料中，也經常使用 Clean Earth、Noiseless Earth 或 Low-Noise Ground 等名稱描述類似概念。

IEEE Std 315 Clause 3.9.1.1 亦包含 Low-Noise Ground Symbol，並與 IEC Functional-Earth Designation 相互對應。

• 量測儀器：可能具有獨立 Low-Noise Earth Stud。
• 屏蔽室與 EMC Chamber：Clean Earth 可能是一套專門設計的低雜訊接地系統。
• 電信與醫療設備：經常需要明確區分 Functional Earth 與 Protective Earth Connection。

注意：Functional Earth 不等於 Protective Earth。5018 Terminal 不能取代安全用 PE Connection。將兩者互換不只是原理圖標示不精確，而可能直接造成 Compliance Failure。

類比、數位與功率接地符號（AGND、DGND、PGND）

AGND、DGND 與 PGND 本身並不是三種獨立的標準圖形符號，而是不同的 Net Designation。實務上通常會使用 Ground／Common Symbol，再附加對應名稱。

這些名稱可以用來區分不同 Ground Net，而不同 Ground Net 可以在原理圖或 PCB Layout 中的指定位置進行有意義的連接。

圖：分別標示 AGND、DGND 與 PGND 的 Signal Ground Symbol

需要区分的是 Pin Name 與 Net Name。Datasheet 可能將 Converter 或 Op-Amp Pin 分別命名為 AGND 與 DGND，但這並不代表 PCB 上一定必須建立兩個完全分離的 Ground Plane。

這些 Net 最後應該在銅層的哪個位置連接，是 PCB Layout 問題，而不只是 Symbol 問題。相關設計原則可進一步參考 Analog and Digital Ground in PCB Design。

Earth Ground vs Chassis Ground vs Signal Ground：符號比較

Earth、Chassis 與 Signal Ground 使用不同符號，是因為它們代表不同的電氣功能與實體連接方式。

其中一種代表 Earth 或具有相同功能的結構，一種代表設備 Metal Chassis／Frame，另一種則代表電路自身的 Common 或 Signal Reference。

為什麼不同接地符號不能互換？

如果在原本應該使用 Circuit Common 的位置畫上 Chassis Symbol，就等於默認 PCB 的 0 V 必須跟隨設備外殼所處的電位。

反過來同樣會產生問題。在完全由電池供電、沒有 Earth Connection 的產品上使用 Earth Symbol，就等於在原理圖中聲明了一個實際硬體中不存在的連接，Reviewer 很自然會詢問 Earth Conductor 到底連接到哪裡。

IEC 60417 vs IEEE 315 接地符號

IEC 60417 主要涵蓋設備與產品上使用的圖形符號，而 IEEE Std 315 則提供電氣與電子原理圖使用的 Graphic Symbol。

圖：IEC 60417 與 IEEE 315 Ground Symbol Convention 比較

需要注意的是，在 IEC 系統中，用於電氣原理圖的 Diagram Symbol 主要屬於 IEC 60617，而 IEC 60417 主要涵蓋設備上使用的圖形符號。

因此，一張歐洲電氣原理圖與一台歐洲設備上的實體標籤，即使畫出略有不同的 Ground Symbol，也可能各自符合所採用的標準。

KiCad、Altium Designer 與 EasyEDA 中的 Ground Symbol

在大多數 EDA 工具中，真正決定電氣 Connectivity 的是 Symbol 的 Net Designation 以及 EDA Connectivity Rule，而不只是符號看起來長什麼樣。

換句話說，一個 Ground Graphic Shape 本身並不能直接決定 Net Name。

如果某個 EDA Symbol 已經設定為連接 GND Net，即使只修改它的圖形外觀，也不一定會建立新的電氣 Net。

Power Port 最終連到哪個 Net，是由 Net Name 決定，而不是圖形 Style。

例如三個 Port 分別畫成 Earth、Bar 與 Signal Ground，只要它們的 Net Name 全部都是 GND，它們在電氣上仍會全部連到同一個 GND Net。

如何建立真正獨立的 Ground Net？

1. Place：放置一個 Ground Symbol，並指定獨立 Net Name，例如 AGND。
2. Reuse：所有 Analog Return 位置都使用完全相同的 AGND 名稱，包括不同 Schematic Sheet。
3. Join：只在一個明確定義的位置將 AGND 與 GND 連接，例如使用 0 Ω Resistor 或 Net-Tie Component。
4. Run ERC：確認 EDA 工具看到的是兩個獨立 Net，並且只在指定位置相連，而不是已經被直接合併成同一個 Net。

如果完全省略第三步，兩個 Ground Net 就可能彼此 Floating。EDA 工具可能會提出 Warning，但在實際硬體測試時，問題不一定能立即明確顯現。

如何讀懂電路圖中的 Ground Symbol？

在開始追蹤任何訊號之前，可以先一次性閱讀整張原理圖中的 Ground。

先辨識每一種不同 Ground Symbol，再查看各符號上的 Label，把具有相同名稱的符號整理成同一個 Net，最後確認不同 Ground Net 在什麼位置彼此連接。

1. 列出所有不同符號：例如三條橫線、Chassis 符號、三角形，以及圓圈內的 Earth，代表的是四種不同宣告。
2. 讀取符號旁的 Label：即使 AGND 與 DGND 使用相同三角形，只要名稱不同，在電氣上就應視為不同 Net。
3. 將相同名稱的符號歸類：依 IEEE 315 Clause 3.9.3，相同 Designation 的 Common Connection 可以視為彼此相連，因此不需要額外畫 Wire。
4. 找到 Tie Point：不同 Return Net 最後通常需要在某處有意識地連接。如果完全沒有 Tie Point，其中一個 Net 可能會處於 Floating 狀態。
5. 特別標記所有 Circled Earth：5019 Symbol 是一項 Safety Declaration，後方必須真正存在 Protective Conductor。
6. 最後追蹤最高電流的 Return：從 Load 一路追蹤回 Source，確認它沒有穿過 Noise-Sensitive Node。

第六項通常也是 PCB Review 中最容易發現問題的位置。

例如 Motor Return 如果穿過 Analog Section，EDA 工具本身不一定會報任何錯誤，因為 Netlist 完全正確；真正錯誤的是 PCB 上的物理 Return Current Path。

從 Ground Symbol 到 PCB Ground Plane

原理圖中的 Ground Symbol 需要經過多個設計階段，最後才會真正變成 PCB 上的實體連接。

Symbol 先建立預期的 Electrical Connection，Netlist 將這項 Connectivity 傳到 PCB Layout，再由 Layout 將 Copper 指派至對應 Net，而 Via 則可以把不同 PCB Layer 上的 Ground Copper 相互連接。

Single-Point vs Multi-Point Grounding

• Single-Point／Star Grounding：將不同 Return 全部集中到一個節點。這種方式較適合低頻以及部分 Mixed-Signal PCB，尤其 Return Path 相對容易預測的設計。
• Multi-Point Grounding：透過多個低阻抗連接，共同連至一個 Reference Plane 或導電結構。當工作頻率提高、訊號 Edge Rate 變快時，連續 Reference Plane 與緊密耦合的 Return Path，通常會比很長的 Star-Ground Connection 更合適。當完整 Reference Plane 存在時，Return Current 會傾向沿著最低阻抗路徑流動，而這條路徑通常集中在 Signal Trace 正下方或鄰近位置的參考平面中。

結論

Ground Symbol 並不只是一個畫在原理圖上的圖形。它首先代表一項特定的電氣連接意圖，而 Net Name 與 PCB Layout 才真正決定這個連接最後會通往哪裡。

應根據實際用途使用正確的 Ground Symbol，清楚定義彼此不同的 Ground Net，並在 PCB 製造之前確認所有 Return Path 與 Ground Tie Point。

接地符號常見問題