PCB科技 - 為什麼pcb分為數位接地和類比接地

1為什麼劃分數位接地和類比接地

因為雖然它們相互關聯, 距離更長, 區別是不同的. 同一導線上不同點的電壓可能不同, 尤其是當電流很大時. 因為導線的電阻, 電流流動時會出現電壓降. 此外, 導線具有分佈電感, 分佈電感的影響將在交流訊號下表現出來. 所以我們必須將其分為數位接地和類比接地, 因為數位信號的高頻雜訊非常大, 如果類比接地和數位接地混合, 雜訊將傳輸到類比部分並引起干擾. 如果地面分離, 高頻雜訊可以通過在電源處濾波來隔離. 但如果這兩種理由混合在一起, 不容易過濾. 這就是為什麼 印刷電路板 應分為數位接地和類比接地.

2如何設計數位接地和類比接地

在設計之前，我們必須瞭解電磁相容性的兩個基本原則：第一個原則是最小化電流回路的面積； 第二個原則是系統僅使用一個參攷面。 相反，如果系統有兩個基準面，則可能形成偶極子天線（注：小偶極子天線的輻射大小與線路長度、電流量和頻率成正比）； 如果訊號不能盡可能多地通過，則小環路的返回可能會形成大環路天線（注意：小環路天線的輻射大小與環路面積、流過環路的電流和頻率的平方成正比）。 在設計中儘量避免這兩種情况。

建議在電源上分開數位接地和類比接地 混合訊號電路板, 囙此，可以實現數位接地和類比接地之間的隔離. 雖然這種方法是可行的, 有許多潜在問題, 特別是在複雜的大系統中. 最關鍵的問題是它不能跨越分區間隙. 一旦劃分間隙佈線完畢, 電磁輻射和訊號串擾將急劇增加. 中最常見的問題 印刷電路板設計 is that the signal line crosses the divided ground or power supply and generates EMI problems.

我們使用上述分割方法，訊號線穿過兩個接地之間的間隙。 訊號電流的返回路徑是什麼？ 假設兩個分開的接地在某處連接在一起（通常是某個位置的單點連接），在這種情況下，接地電流將形成一個大回路。 流過大回路的高頻電流產生輻射和高接地電感。 如果低電平類比電流流過大回路，則電流容易受到外部訊號的干擾。 最糟糕的是，當分開的接地在電源處連接在一起時，將形成一個非常大的電流回路。 此外，類比地和數位地通過長導線連接，形成偶極子天線。

瞭解電流回地的路徑和方法是優化的關鍵 混合訊號電路板 設計. 許多設計工程師只考慮訊號電流的流向, 忽略電流的特定路徑. 如果必須劃分地面層, 佈線必須穿過隔板之間的間隙, 可在分開的接地之間進行單點連接，以在兩個接地之間形成連接橋, 然後通過連接橋佈線. 以這種管道, 可在每個訊號線下提供直流回流路徑, 囙此形成的回路面積較小.

使用光學隔離裝置或變壓器也可以實現跨越分割間隙的訊號。 對於前者，穿過分割間隙的是光訊號； 對於變壓器，穿過分段間隙的是磁場。 另一種可行的方法是使用差分訊號：訊號從一條線路流入，從另一條訊號線路返回。 在這種情況下，不需要接地作為返回路徑。

要深入研究數位信號對類比信號的干擾，首先必須瞭解高頻電流的特性。 對於高頻電流，始終選擇阻抗最小（電感最低）且位於訊號正下方的路徑，囙此返回電流將流經相鄰電路層，無論相鄰層是電源層還是接地層。 在實際工作中，通常傾向於使用統一接地，並將印刷電路板分為類比部分和數位部分。 類比信號在電路板所有層的類比區域佈線，數位信號在數位電路區域佈線。 在這種情況下，數位信號返回電流將不會流入類比信號接地。

只有當數位信號連接在電路板的類比部分或類比信號連接在電路板的數位部分時，才會出現數位信號對類比信號的干擾。 這種問題之所以不會發生，是因為沒有分開的接地，真正的原因是數位信號接線不當。 印刷電路板設計採用統一接地，通過數位電路和類比電路的劃分和適當的訊號佈線，通常可以解决一些比較困難的佈局和佈線問題，同時也不會造成一些由接地劃分引起的潜在問題。 在這種情況下，組件的佈局和分區成為决定設計優劣的關鍵。 如果佈局合理，數位接地電流將限制在電路板的數位部分，並且不會干擾類比信號。 必須仔細檢查和驗證此類接線，以確保完全遵守接線規則。 否則，訊號線的不當佈線將完全破壞原本非常好的電路板。

將A/D轉換器的類比接地引脚和數位接地引脚連接在一起時， 大多數A/D轉換器製造商建議：通過最短的引線將AGND和DGND引脚連接到相同的低阻抗接地（注：由於大多數A/D轉換器晶片不將類比接地和數位接地連接在一起，囙此類比接地和數位接地必須通過外部引脚連接。） 連接到DGND的任何外部阻抗都將通過寄生電容。 更多的數位雜訊耦合到集成電路內部的類比電路。 根據這一建議，有必要將A/D轉換器的AGND和DGND引脚連接到類比接地，但這種方法會導致諸如數位信號去耦電容器的接地端子應連接到類比接地還是數位接地等問題。

如果系統只有一個A/D轉換器，則可以輕鬆解决上述問題。 分離接地，並在A/D轉換器下將類比接地和數位接地連接在一起。 採用這種方法時，必須確保兩個接地之間的連接橋的寬度與集成電路的寬度相同，並且任何訊號線都不能穿過分割間隙。

例如，如果系統中有多個A/D轉換器，如何連接10個A/D轉換器？ 如果類比地和數位地在每個A/D轉換器下連接在一起，則會產生多點連接，類比地和數位地之間的隔離沒有意義。 如果不以這種管道連接，則違反了製造商的要求。 如果您對混合訊號印刷電路板設計的均勻接地有疑問，可以使用接地層劃分方法來佈局和佈線整個電路板。 在設計時，注意使電路板易於在以後的實驗中使用。 間距小於1/2英寸。 跨接導線或0歐姆電阻器將分別連接在一起。 注意分區和佈線，確保所有層上的類比部分上方沒有數位信號線，數位部分上方沒有類比信號線。 此外，任何訊號線都不能穿過接地間隙或分開的電源之間的間隙。 要測試電路板的功能和EMC效能，請通過0歐姆電阻器或跨接導線將兩個接地連接在一起，然後重新測試電路板的功能和EMC效能。 比較測試結果，您會發現，在幾乎所有情况下，統一解決方案在功能和EMC效能方面都優於分割解決方案。

劃分土地的方法仍然有用嗎？

該方法可用於以下3種情况：一些醫療設備需要連接到患者的電路和系統之間的低洩漏電流； 一些工業過程控制設備的輸出可能連接到雜訊和大功率機電系統。 設備 另一種情况是印刷電路板的佈局受到特定限制。

混合訊號上通常有獨立的數位和類比電源 印刷電路板板, 可以也應該使用分裂功率面. 然而, 靠近電源層的訊號線不能穿過電源之間的間隙, 所有穿過間隙的訊號線必須位於靠近大面積接地的電路層上. 在某些情况下, 設計ing the analog power supply with a 印刷電路板 連接線而不是單個表面可以避免分割功率表面的問題.