1、為什么要分?jǐn)?shù)字地和模擬地

因?yàn)殡m然是相通的，但是距離長(zhǎng)了，就不一樣了。同一條導(dǎo)線，不同的點(diǎn)的電壓可能是不一樣的，特別是電流較大時(shí)。因?yàn)閷?dǎo)線存在著電阻，電流流過(guò)時(shí)就會(huì)產(chǎn)生壓降。另外，導(dǎo)線還有分布電感，在交流信號(hào)下，分布電感的影響就會(huì)表現(xiàn)出來(lái)。所以我們要分成數(shù)字地和模擬地，因?yàn)?a target="_blank">數(shù)字信號(hào)的高頻噪聲很大，如果模擬地和數(shù)字地混合的話，就會(huì)把噪聲傳到模擬部分，造成干擾。如果分開(kāi)接地的話，高頻噪聲可以在電源處通過(guò)濾波來(lái)隔離掉。但如果兩個(gè)地混合，就不好濾波了。

2、如何設(shè)計(jì)數(shù)字地和模擬地

在設(shè)計(jì)之前必須了解電磁兼容（EMC）的兩個(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積;第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。相反，如果系統(tǒng)存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線（注：小型偶極天線的輻射大小與線的長(zhǎng)度、流過(guò)的電流大小以及頻率成正比）;而如果信號(hào)不能通過(guò)盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線（注：小型環(huán)狀天線的輻射大小與環(huán)路面積、流過(guò)環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比）。在設(shè)計(jì)中要盡可能避免這兩種情況。

有人建議將混合信號(hào)電路板上的數(shù)字地和模擬地分割開(kāi)，這樣能實(shí)現(xiàn)數(shù)字地和模擬地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問(wèn)題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問(wèn)題尤其突出。最關(guān)鍵的問(wèn)題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號(hào)串?dāng)_都會(huì)急劇增加。在PCB設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是信號(hào)線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問(wèn)題。

我們采用上述分割方法，而且信號(hào)線跨越了兩個(gè)地之間的間隙，信號(hào)電流的返回路徑是什么呢？假定被分割的兩個(gè)地在某處連接在一起（通常情況下是在某個(gè)位置單點(diǎn)連接），在這種情況下，地電流將會(huì)形成一個(gè)大的環(huán)路。流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會(huì)產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過(guò)大環(huán)路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號(hào)干擾。最糟糕的是當(dāng)把分割地在電源處連接在一起時(shí)，將形成一個(gè)非常大的電流環(huán)路。另外，模擬地和數(shù)字地通過(guò)一個(gè)長(zhǎng)導(dǎo)線連接在一起會(huì)構(gòu)成偶極天線。

了解電流回流到地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號(hào)電路板設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。許多設(shè)計(jì)工程師僅僅考慮信號(hào)電流從哪兒流過(guò)，而忽略了電流的具體路徑。如果必須對(duì)地線層進(jìn)行分割，而且必須通過(guò)分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進(jìn)行單點(diǎn)連接，形成兩個(gè)地之間的連接橋，然后通過(guò)該連接橋布線。這樣，在每一個(gè)信號(hào)線的下方都能夠提供一個(gè)直接的電流回流路徑，從而使形成的環(huán)路面積很小。

采用光隔離器件或變壓器也能實(shí)現(xiàn)信號(hào)跨越分割間隙。對(duì)于前者，跨越分割間隙的是光信號(hào);在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁場(chǎng)。還有一種可行的辦法是采用差分信號(hào)：信號(hào)從一條線流入從另外一條信號(hào)線返回，這種情況下，不需要地作為回流路徑。

要深入探討數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬信號(hào)的干擾必須先了解高頻電流的特性。高頻電流總是選擇阻抗最?。姼凶畹停?，直接位于信號(hào)下方的路徑，因此返回電流會(huì)流過(guò)鄰近的電路層，而無(wú)論這個(gè)臨近層是電源層還是地線層。在實(shí)際工作中一般傾向于使用統(tǒng)一地，而將PCB分區(qū)為模擬部分和數(shù)字部分。模擬信號(hào)在電路板所有層的模擬區(qū)內(nèi)布線，而數(shù)字信號(hào)在數(shù)字電路區(qū)內(nèi)布線。在這種情況下，數(shù)字信號(hào)返回電流不會(huì)流入到模擬信號(hào)的地。

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