PCB中的數(shù)字地和模擬地

為什么PCB要分?jǐn)?shù)字地和模擬地

雖然是相通的，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。

要怎么去設(shè)計(jì)數(shù)字地和模擬地

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。

有人建議將混合信號(hào)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。

分割地的方法還有用嗎？

在以下三種情況可以用到這種方法：一些醫(yī)療設(shè)備要求在與病人連接的電路和系統(tǒng)之間的漏電流很低;一些工業(yè)過(guò)程控制設(shè)備的輸出可能連接到噪聲很大而且功率高的機(jī)電設(shè)備上;另外一種情況就是在PCB的布局受到特定限制時(shí)。

在混合信號(hào)PCB板上通常有獨(dú)立的數(shù)字和模擬電源，能夠而且應(yīng)該采用分割電源面。但是緊鄰電源層的信號(hào)線不能跨越電源之間的間隙，而所有跨越該間隙的信號(hào)線都必須位于緊鄰大面積地的電路層上。在有些情況下，將模擬電源以PCB連接線而不是一個(gè)面來(lái)設(shè)計(jì)可以避免電源面的分割問(wèn)題。

審核編輯 黃宇