模擬地與數(shù)字地 九

1、模擬地與數(shù)字地 九 模擬地跟數(shù)字地，最終都要接到一塊的，那干嗎還要分模擬地和數(shù)字地呢？ 這是因為雖然是相通的，但是距離長了，就不一樣了。 同一條導(dǎo)線，不同的點的電壓可能是不一樣的，特別是電流較大時。因為導(dǎo)線存在著電阻，電流流過時就會產(chǎn)生壓降。另外，導(dǎo)線還有分布電感，在交流信號下，分布電感的影響就會表現(xiàn)出來。所以我們要分成數(shù)字地和模擬地，因為數(shù)字信號的高頻噪聲很大，如果模擬地和數(shù)字地混合的話，就會把噪聲傳到模擬部分，造成干擾。如果分開接地的話，高頻噪聲可以在電源處通過濾波來隔離掉。但如果兩個地混合，就不好濾波了。關(guān)于接地：數(shù)字地、模擬地、信號地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地_發(fā)表日期：2005年

2、9月9日 已經(jīng)有1234位讀者讀過此文除了正確進(jìn)行接地設(shè)計、安裝,還要正確進(jìn)行各種不同信號的接地處理?？刂葡到y(tǒng)中，大致有以下幾種地線：（1）數(shù)字地：也叫邏輯地，是各種開關(guān)量（數(shù)字量）信號的零電位。（2）模擬地：是各種模擬量信號的零電位。（3）信號地：通常為傳感器的地。（4）交流地：交流供電電源的地線，這種地通常是產(chǎn)生噪聲的地。（5）直流地：直流供電電源的地。（6）屏蔽地：也叫機(jī)殼地，為防止靜電感應(yīng)和磁場感應(yīng)而設(shè)。以上這些地線處理是系統(tǒng)設(shè)計、安裝、調(diào)試中的一個重要問題。下面就接地問題提出一些看法：（1）控制系統(tǒng)宜采用一點接地。一般情況下,高頻電路應(yīng)就近多點接地，低頻電路應(yīng)一點接地。在低頻電路中，

3、布線和元件間的電感并不是什么大問題，然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大，因此，常以一點作為接地點；但一點接地不適用于高頻，因為高頻時，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時各地線之間又產(chǎn)生電感耦合。一般來說，頻率在1MHz以下,可用一點接地；高于10MHz時，采用多點接地；在110MHz之間可用一點接地，也可用多點接地。（2）交流地與信號地不能共用。由于在一段電源地線的兩點間會有數(shù)mV甚至幾V電壓，對低電平信號電路來說，這是一個非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。（3）浮地與接地的比較。全機(jī)浮空即系統(tǒng)各個部分與大地浮置起來，這種方法簡單，但整個系統(tǒng)與大地絕緣電阻不能小于50M。這種方法具有一

4、定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會帶來干擾。還有一種方法，就是將機(jī)殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠，但實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。（4）模擬地。模擬地的接法十分重要。為了提高抗 共模干擾能力，對于模擬信號可采用屏蔽浮技術(shù)。對于具體模擬量信號的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊上的要求設(shè)計。（5）屏蔽地。在控制系統(tǒng)中為了減少信號中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測和控制，對信號采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。電場屏蔽解決分布電容問題，一般接大地；電磁場屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺等高頻電磁場輻射干擾。利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成，可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈

5、等磁感應(yīng)，其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。當(dāng)信號電路是一點接地時，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點接地。如果電纜的屏蔽層地點有一個以上時，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當(dāng)一個電路有一個不接地的信號源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時，輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端；相反，當(dāng)接地的信號源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時，放大器的輸入端也應(yīng)接到信號源的公共端。對于電氣系統(tǒng)的接地，要按接地的要求和目的分類，不能將不同類接地簡單地、任意地連接在一起，而是要分成若干獨立的接地子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)都有其共同的接地點或接地干線，最后才連接在一起，實行總接地。只要是地，最終都要接到一起，然后入大地。如果不接

6、在一起就是"浮地"，存在壓差，容易積累電荷，造成靜電。地是參考0電位，所有電壓都是參考地得出的，地的標(biāo)準(zhǔn)要一致，故各種地應(yīng)短接在一起。人們認(rèn)為大地能夠吸收所有電荷，始終維持穩(wěn)定，是最終的地參考點。雖然有些板子沒有接大地，但發(fā)電廠是接大地的，板子上的電源最終還是會返回發(fā)電廠入地。如果把模擬地和數(shù)字地大面積直接相連，會導(dǎo)致互相干擾。不短接又不妥，理由如上有四種方法解決此問題：1、用磁珠連接；2、用電容連接；3、用電感連接；4、用0歐姆電阻連接。磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻限波器，只對某個頻點的噪聲有顯著抑制作用，使用時需要預(yù)先估計噪點頻率，以便選用適當(dāng)型號。對于頻率

7、不確定或無法預(yù)知的情況，磁珠不合。 電容隔直通交，造成浮地。電感體積大，雜散參數(shù)多，不穩(wěn)定。0歐電阻相當(dāng)于很窄的電流通路，能夠有效地限制環(huán)路電流，使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用0歐電阻也有阻抗，這點比磁珠強(qiáng)。*跨接時用于電流回路*當(dāng)分割電地平面后，造成信號最短回流路徑斷裂，此時，信號回路不得不繞道，形成很大的環(huán)路面積，電場和磁場的影響就變強(qiáng)了，容易干擾/被干擾。在分割 區(qū)上跨接0歐電阻，可以提供較短的回流路徑，減小干擾。*配置電路*一般，產(chǎn)品上不要出現(xiàn)跳線和撥碼開關(guān)。有時用戶會亂動設(shè)置，易引起誤會，為了減少維護(hù)費用，應(yīng)用0歐電阻代替跳線等焊在板子上?？罩锰€在高頻時相當(dāng)于天線，用

8、貼片電阻效果好。*其他用途* 布線時跨線調(diào)試/測試用臨時取代其他貼片器件作為溫度補償器件更多時候是出于EMC對策的需要。另外，0歐姆電阻比過孔的寄生電感小，而且過孔還會影響地平面（因為要挖孔）。有關(guān)模擬地和數(shù)字地分割的介紹發(fā)布: 2007-11-12 12:32 | 作者: Hvll | 來源: 中國PCB論壇網(wǎng) | 查看: 10次 如何降低數(shù)字信號和模擬信號間的相互干擾呢？在設(shè)計之前必須了解電磁兼容EMC的兩個基本原則：第一個原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個原則是系統(tǒng)只采用一個參考面。相反，如果系統(tǒng)存在兩個參考面，就可能形成一個偶極天線注：小型偶極天線的輻射大小與線的長度、流過的電流大

9、小以及頻率成正比；而如果信號不能通過盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個大的環(huán)狀天線注：小型環(huán)狀天線的輻射大小與環(huán)路面積、流過環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比。在設(shè)計中要盡可能避免這兩種情況。有人建議將混合信號電路板上的數(shù)字地和模擬地分割開，這樣能實現(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題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問題尤其突出。最關(guān)鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號串?dāng)_都會急劇增加。在PCB設(shè)計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問題。如圖1所示，我們采用上述分割方法，而且信號線跨越了兩個地之間的間隙，信號電流的返回路徑

10、是什么呢？假定被分割的兩個地在某處連接在一起通常情況下是在某個位置單點連接，在這種情況下，地電流將會形成一個大的環(huán)路。流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過大環(huán)路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號干擾。最糟糕的是當(dāng)把分割地在電源處連接在一起時，將形成一個非常大的電流環(huán)路。另外，模擬地和數(shù)字地通過一個長導(dǎo)線連接在一起會構(gòu)成偶極天線。了解電流回流到地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號電路板設(shè)計的關(guān)鍵。許多設(shè)計工程師僅僅考慮信號電流從哪兒流過，而忽略了電流的具體路徑。如果必須對地線層進(jìn)行分割，而且必須通過分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進(jìn)行單點連接，形成兩個地之 間的連接

11、橋，然后通過該連接橋布線。這樣，在每一個信號線的下方都能夠提供一個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現(xiàn)信號跨越分割間隙。對于前者，跨越分割間隙的是光信號；在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁場。還有一種可行的辦法是采用差分信號：信號從一條線流入從另外一條信號線返回，這種情況下，不需要地作為回流路徑。要深入探討數(shù)字信號對模擬信號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小電感最低，直接位于信號下方的路徑，因此返回電流會流過鄰近的電路層，而無論這個臨近層是電源層還是地線層。數(shù)字地和模擬地的分割作者: 佚名 發(fā)布日期:2005-12-24 10

12、:13 查看數(shù)7 出自:互聯(lián)網(wǎng)如何降低數(shù)字信號和模擬信號間的相互干擾呢？在設(shè)計之前必須了解電磁兼容EMC的兩個基本原則：第一個原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個原則是系統(tǒng)只采用一個參考面。相反，如果系統(tǒng)存在兩個參考面，就可能形成一個偶極天線注：小型偶極天線的輻射大小與線的長度、流過的電流大小以及頻率成正比；而如果信號不能通過盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個大的環(huán)狀天線注：小型環(huán)狀天線的輻射大小與環(huán)路面積、流過環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比。在設(shè)計中要盡可能避免這兩種情況。 有人建議將混合信號電路板上的數(shù)字地和模擬地分割開，這樣能實現(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

13、很多潛在的問題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問題尤其突出。最關(guān)鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號串?dāng)_都會急劇增加。在PCB設(shè)計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問題。 如圖1所示，我們采用上述分割方法，而且信號線跨越了兩個地之間的間隙，信號電流的返回路徑是什么呢？假定被分割的兩個地在某處連接在一起通常情況下是在某個位置單點連接，在這種情況下，地電流將會形成一個大的環(huán)路。流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過大環(huán)路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號干擾。最糟糕的是當(dāng)把分割地在電源處連接在一起時，將形成一個非常大的電流環(huán)路。另外

14、，模擬地和數(shù)字地通過一個長導(dǎo)線連接在一起會構(gòu)成偶極天線。 了解電流回流到地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號電路板設(shè)計的關(guān)鍵。許多設(shè)計工程師僅僅考慮信號電流從哪兒流過，而忽略了電流的具體路徑。如果必須 對地線層進(jìn)行分割，而且必須通過分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進(jìn)行單點連接，形成兩個地之間的連接橋，然后通過該連接橋布線。這樣，在每一個信號線的下方都能夠提供一個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現(xiàn)信號跨越分割間隙。對于前者，跨越分割間隙的是光信號；在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁場。還有一種可行的辦法是采用差分信號：信號從一條線流入從另外一條

15、信號線返回，這種情況下，不需要地作為回流路徑。 要深入探討數(shù)字信號對模擬信號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小電感最低，直接位于信號下方的路徑，因此返回電流會流過鄰近的電路層，而無論這個臨近層是電源層還是地線層。在實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。模擬信號在電路板所有層的模擬區(qū)內(nèi)布線，而數(shù)字信號在數(shù)字電路區(qū)內(nèi)布線。在這種情況下，數(shù)字信號返回電流不會流入到模擬信號的地。 只有將數(shù)字信號布線在電路板的模擬部分之上或者將模擬信號布線在電路板的數(shù)字部分之上時，才會出現(xiàn)數(shù)字信號對模擬信號的干擾。出現(xiàn)這種問題并不是因為沒有分割地，真正的原因是數(shù)字信號

16、的布線不適當(dāng)。 PCB設(shè)計采用統(tǒng)一地，通過數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)以及合適的信號布線，通?？梢越鉀Q一些比較困難的布局布線問題，同時也不會產(chǎn)生因地分割帶來的一些潛在的麻煩。在這種情況下，元器件的布局和分區(qū)就成為決定設(shè)計優(yōu)劣的關(guān)鍵。如果布局布線合理，數(shù)字地電流將限制在電路板的數(shù)字部分，不會干擾模擬信號。對于這樣的布線必須仔細(xì)地檢查和核對，要保證百分之百遵守布線規(guī)則。否則，一條信號線走線不當(dāng)就會徹底破壞一個本來非常不錯的電路板。 在將A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地和數(shù)字地管腳連接在一起時，大多數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器廠商會建議：將AGND和DGND管腳通過最短的引線連接到同一個低阻抗的地上注：因為大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器芯片

17、內(nèi)部沒有將模擬地和數(shù)字地連接在一起，必須通過外部管腳實現(xiàn)模擬和數(shù)字地的連接，任何與DGND連接的外部阻抗都會通過寄生電容將更多的數(shù)字噪聲耦合到IC內(nèi)部的模擬電路上。按照這個建議，需要把A/D轉(zhuǎn)換器的AGND和DGND管腳都連接到模擬地上，但這種方法會產(chǎn)生諸如數(shù)字信號去耦電容的接地端應(yīng)該接到模擬地還是數(shù)字地的問題。 如果系統(tǒng)僅有一個A/D轉(zhuǎn)換器，上面的問題就很容易解決。如圖3中所示，將地分割開，在A/D轉(zhuǎn)換器下面把模擬地和數(shù)字地部分連接在一起 。采取該方法時，必須保證兩個地之間的連接橋?qū)挾扰cIC等寬，并且任何信號線都不能跨越分割間隙。 如果系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器較多，例如10個A/D轉(zhuǎn)換器怎樣連接呢

18、？如果在每一個A/D轉(zhuǎn)換器的下面都將模擬地和數(shù)字地連接在一起，則產(chǎn)生多點相連，模擬地和數(shù)字地之間的隔離就毫無意義。而如果不這樣連接，就違反了廠商的要求。 最好的辦法是開始時就用統(tǒng)一地。如圖4所示，將統(tǒng)一的地分為模擬部分和數(shù)字部分。這樣的布局布線既滿足了IC器件廠商對模擬地和數(shù)字地管腳低阻抗連接的要求，同時又不會形成環(huán)路天線或偶極天線而產(chǎn)生EMC問題。 如果對混合信號PCB設(shè)計采用統(tǒng)一地的做法心存疑慮，可以采用地線層分割的方法對整個電路板布局布線，在設(shè)計時注意盡量使電路板在后邊實驗時易于用間距小于 1/2英寸的跳線或0歐姆電阻將分割地連接在一起。注意分區(qū)和布線，確保在所有的層上沒有數(shù)字信號線位于模擬部分之上，也沒有任何模擬信號線位于數(shù)字部分之上。而且，任何信號線都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙。要測試該電路板的功能和EMC性能，然后將兩個