97人妻精品一区二区三区_国产AⅤ无码精品一区二区三区_成人无码网WWW在线观看_久久成人无码国产免费播放

pcb為什么(me)要分數字(zi)地和模擬地

time : 2022-07-20 10:43       作者:凡億pcb

1 為什么要(yao)分數(shu)字(zi)地和模擬地
 
因為雖(sui)然是相(xiang)通的(de)(de)(de)(de),但(dan)是距離(li)長(chang)了(le)(le),就(jiu)不(bu)一(yi)樣(yang)了(le)(le)。同(tong)一(yi)條導(dao)線,不(bu)同(tong)的(de)(de)(de)(de)點的(de)(de)(de)(de)電壓可能(neng)是不(bu)一(yi)樣(yang)的(de)(de)(de)(de),特別是電流(liu)較(jiao)大時(shi)。因為導(dao)線存在(zai)著電阻,電流(liu)流(liu)過時(shi)就(jiu)會產生壓降。另(ling)外,導(dao)線還有分布電感(gan),在(zai)交流(liu)信(xin)號下(xia),分布電感(gan)的(de)(de)(de)(de)影響(xiang)就(jiu)會表現出來(lai)。所以我們要分成(cheng)數字地(di)和模擬地(di),因為數字信(xin)號的(de)(de)(de)(de)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)(sheng)很大,如果模擬地(di)和數字地(di)混合的(de)(de)(de)(de)話,就(jiu)會把(ba)噪(zao)聲(sheng)(sheng)傳到模擬部分,造成(cheng)干擾(rao)。如果分開接地(di)的(de)(de)(de)(de)話,高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)(sheng)可以在(zai)電源處通過濾波來(lai)隔離(li)掉。但(dan)如果兩個地(di)混合,就(jiu)不(bu)好(hao)濾波了(le)(le)。
 
2 如何設計數字地和模擬地
 
設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路的面積;第二個原則是系統只采用一個參考面。相反,如果系統存在兩個參考面,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路返回,就可能形成一個大的環狀天線(注:小型環狀天線的輻射大小與環路面積、流過環路的電流大小以及頻率的平方成正比)。在設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字地和模擬地分割開,這樣能實現數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,在復雜的大型系統中問題尤其突出。最關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,電磁輻射和信號串擾都會急劇增加。在PCB設計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產生EMI問題。
 
我(wo)們采用上述分割(ge)(ge)方法,而且信號線跨越(yue)了兩個(ge)(ge)地(di)(di)之間(jian)的(de)間(jian)隙,信號電(dian)(dian)(dian)流的(de)返回路(lu)(lu)徑是什么呢?假定被分割(ge)(ge)的(de)兩個(ge)(ge)地(di)(di)在某(mou)處連(lian)接(jie)在一起(通常(chang)情(qing)況(kuang)(kuang)下是在某(mou)個(ge)(ge)位置單點連(lian)接(jie)),在這種(zhong)情(qing)況(kuang)(kuang)下,地(di)(di)電(dian)(dian)(dian)流將會(hui)形成(cheng)一個(ge)(ge)大(da)的(de)環(huan)路(lu)(lu)。流經大(da)環(huan)路(lu)(lu)的(de)高頻電(dian)(dian)(dian)流會(hui)產生(sheng)輻射(she)和(he)很高的(de)地(di)(di)電(dian)(dian)(dian)感,如果流過大(da)環(huan)路(lu)(lu)的(de)是低電(dian)(dian)(dian)平模擬電(dian)(dian)(dian)流,該電(dian)(dian)(dian)流很容易受到外(wai)部信號干(gan)擾。最糟糕的(de)是當把分割(ge)(ge)地(di)(di)在電(dian)(dian)(dian)源處連(lian)接(jie)在一起時,將形成(cheng)一個(ge)(ge)非常(chang)大(da)的(de)電(dian)(dian)(dian)流環(huan)路(lu)(lu)。另外(wai),模擬地(di)(di)和(he)數(shu)字(zi)地(di)(di)通過一個(ge)(ge)長導線連(lian)接(jie)在一起會(hui)構成(cheng)偶極(ji)天線。
了解(jie)電流(liu)回流(liu)到地(di)的路徑(jing)和(he)方式(shi)是優(you)化混合信號電路板(ban)設(she)計的關鍵。許多(duo)設(she)計工(gong)程師僅僅考慮信號電流(liu)從哪兒(er)流(liu)過(guo),而忽略了電流(liu)的具體路徑(jing)。如果必須(xu)(xu)對地(di)線(xian)層進(jin)行(xing)分(fen)(fen)割,而且必須(xu)(xu)通(tong)過(guo)分(fen)(fen)割之間(jian)(jian)的間(jian)(jian)隙布線(xian),可(ke)以先在被(bei)分(fen)(fen)割的地(di)之間(jian)(jian)進(jin)行(xing)單點連(lian)接(jie),形成兩(liang)個地(di)之間(jian)(jian)的連(lian)接(jie)橋,然(ran)后通(tong)過(guo)該連(lian)接(jie)橋布線(xian)。這樣,在每一(yi)個信號線(xian)的下方都能(neng)夠提供一(yi)個直接(jie)的電流(liu)回流(liu)路徑(jing),從而使(shi)形成的環路面(mian)積(ji)很小。
 
采用(yong)光隔離器件或變壓器也能實(shi)現信(xin)號(hao)跨(kua)越分(fen)割間(jian)隙(xi)。對(dui)于前者,跨(kua)越分(fen)割間(jian)隙(xi)的(de)(de)是(shi)光信(xin)號(hao);在(zai)采用(yong)變壓器的(de)(de)情況下,跨(kua)越分(fen)割間(jian)隙(xi)的(de)(de)是(shi)磁場。還有(you)一(yi)種可行的(de)(de)辦法(fa)是(shi)采用(yong)差(cha)分(fen)信(xin)號(hao):信(xin)號(hao)從一(yi)條(tiao)線流入從另外一(yi)條(tiao)信(xin)號(hao)線返回,這(zhe)種情況下,不需要地作為回流路徑。
 
要深(shen)入探(tan)討(tao)數(shu)(shu)字(zi)信(xin)號(hao)對模(mo)(mo)擬(ni)(ni)信(xin)號(hao)的干(gan)擾必須先了解高(gao)(gao)頻電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)的特性。高(gao)(gao)頻電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)總(zong)是選擇(ze)阻抗最小(電(dian)(dian)(dian)(dian)感最低),直接位于(yu)信(xin)號(hao)下方的路徑(jing),因(yin)此返(fan)回(hui)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)會流(liu)(liu)過鄰近的電(dian)(dian)(dian)(dian)路層,而無論這個臨近層是電(dian)(dian)(dian)(dian)源層還是地線(xian)層。在(zai)實際工作中一(yi)般傾向于(yu)使(shi)用(yong)統一(yi)地,而將PCB分(fen)區(qu)為模(mo)(mo)擬(ni)(ni)部分(fen)和數(shu)(shu)字(zi)部分(fen)。模(mo)(mo)擬(ni)(ni)信(xin)號(hao)在(zai)電(dian)(dian)(dian)(dian)路板所有層的模(mo)(mo)擬(ni)(ni)區(qu)內(nei)布(bu)線(xian),而數(shu)(shu)字(zi)信(xin)號(hao)在(zai)數(shu)(shu)字(zi)電(dian)(dian)(dian)(dian)路區(qu)內(nei)布(bu)線(xian)。在(zai)這種(zhong)情況下,數(shu)(shu)字(zi)信(xin)號(hao)返(fan)回(hui)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)不會流(liu)(liu)入到模(mo)(mo)擬(ni)(ni)信(xin)號(hao)的地。
 
只有將數(shu)字(zi)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)布(bu)(bu)線(xian)(xian)(xian)在(zai)電路(lu)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)(mo)擬部分之上或者將模(mo)(mo)擬信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)布(bu)(bu)線(xian)(xian)(xian)在(zai)電路(lu)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)字(zi)部分之上時(shi),才(cai)會(hui)(hui)出(chu)現數(shu)字(zi)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)對模(mo)(mo)擬信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)干(gan)擾。出(chu)現這(zhe)(zhe)種問題(ti)并不是因為沒有分割(ge)地(di)(di)(di),真正(zheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)原因是數(shu)字(zi)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)布(bu)(bu)線(xian)(xian)(xian)不適當(dang)。 PCB設(she)計采用(yong)統一地(di)(di)(di),通過數(shu)字(zi)電路(lu)和(he)模(mo)(mo)擬電路(lu)分區以(yi)及合適的(de)(de)(de)(de)(de)(de)信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)布(bu)(bu)線(xian)(xian)(xian),通常可(ke)以(yi)解決一些(xie)比較困難的(de)(de)(de)(de)(de)(de)布(bu)(bu)局布(bu)(bu)線(xian)(xian)(xian)問題(ti),同時(shi)也(ye)不會(hui)(hui)產生(sheng)因地(di)(di)(di)分割(ge)帶來的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一些(xie)潛在(zai)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)麻煩。在(zai)這(zhe)(zhe)種情況下,元器件的(de)(de)(de)(de)(de)(de)布(bu)(bu)局和(he)分區就(jiu)成(cheng)為決定設(she)計優劣(lie)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)關(guan)鍵。如果布(bu)(bu)局布(bu)(bu)線(xian)(xian)(xian)合理,數(shu)字(zi)地(di)(di)(di)電流將限制在(zai)電路(lu)板(ban)(ban)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)數(shu)字(zi)部分,不會(hui)(hui)干(gan)擾模(mo)(mo)擬信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)。對于這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)(de)(de)(de)(de)布(bu)(bu)線(xian)(xian)(xian)必須仔細地(di)(di)(di)檢(jian)查(cha)和(he)核對,要保證百(bai)分之百(bai)遵(zun)守布(bu)(bu)線(xian)(xian)(xian)規則。否則,一條信(xin)(xin)(xin)號(hao)(hao)線(xian)(xian)(xian)走(zou)線(xian)(xian)(xian)不當(dang)就(jiu)會(hui)(hui)徹底(di)破壞一個本來非常不錯(cuo)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)電路(lu)板(ban)(ban)。
 
在(zai)將(jiang)(jiang)A/D轉(zhuan)換器(qi)的(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)地(di)(di)(di)和(he)(he)數(shu)(shu)字地(di)(di)(di)管腳(jiao)(jiao)連(lian)(lian)(lian)接在(zai)一(yi)起(qi)時,大(da)(da)多(duo)數(shu)(shu)的(de)(de)(de)A/D轉(zhuan)換器(qi)廠商會建議:將(jiang)(jiang)AGND和(he)(he)DGND管腳(jiao)(jiao)通過(guo)最短的(de)(de)(de)引線連(lian)(lian)(lian)接到同一(yi)個(ge)低阻(zu)抗的(de)(de)(de)地(di)(di)(di)上(shang)(shang)(注:因為大(da)(da)多(duo)數(shu)(shu)A/D轉(zhuan)換器(qi)芯片內部沒有將(jiang)(jiang)模(mo)擬(ni)地(di)(di)(di)和(he)(he)數(shu)(shu)字地(di)(di)(di)連(lian)(lian)(lian)接在(zai)一(yi)起(qi),必須通過(guo)外部管腳(jiao)(jiao)實現模(mo)擬(ni)和(he)(he)數(shu)(shu)字地(di)(di)(di)的(de)(de)(de)連(lian)(lian)(lian)接),任(ren)何(he)與DGND連(lian)(lian)(lian)接的(de)(de)(de)外部阻(zu)抗都會通過(guo)寄生電容(rong)將(jiang)(jiang)更多(duo)的(de)(de)(de)數(shu)(shu)字噪聲耦(ou)合到IC內部的(de)(de)(de)模(mo)擬(ni)電路上(shang)(shang)。按照這個(ge)建議,需(xu)要把A/D轉(zhuan)換器(qi)的(de)(de)(de)AGND和(he)(he)DGND管腳(jiao)(jiao)都連(lian)(lian)(lian)接到模(mo)擬(ni)地(di)(di)(di)上(shang)(shang),但(dan)這種方**產生諸如數(shu)(shu)字信號去耦(ou)電容(rong)的(de)(de)(de)接地(di)(di)(di)端應該接到模(mo)擬(ni)地(di)(di)(di)還是數(shu)(shu)字地(di)(di)(di)的(de)(de)(de)問題。
 
如果系統僅有(you)一(yi)(yi)個(ge)A/D轉換器,上面的問(wen)題就很(hen)容(rong)易解決。如圖3中所示(shi),將地(di)分割開,在(zai)A/D轉換器下面把模擬地(di)和數字地(di)部分連接在(zai)一(yi)(yi)起。采取該方法時,必須(xu)保證兩個(ge)地(di)之(zhi)間(jian)的連接橋寬度與(yu)IC等寬,并且任(ren)何信號線(xian)都不能(neng)跨越分割間(jian)隙。
 
如果系(xi)統中A/D轉換(huan)(huan)(huan)器(qi)較多,例(li)如10個A/D轉換(huan)(huan)(huan)器(qi)怎樣(yang)連(lian)(lian)(lian)接(jie)呢(ni)?如果在每一個A/D轉換(huan)(huan)(huan)器(qi)的(de)下面都將模擬(ni)(ni)地(di)和數字地(di)連(lian)(lian)(lian)接(jie)在一起(qi),則產(chan)生(sheng)多點(dian)相連(lian)(lian)(lian),模擬(ni)(ni)地(di)和數字地(di)之間(jian)的(de)隔離就毫無(wu)意義。而如果不這樣(yang)連(lian)(lian)(lian)接(jie),就違反(fan)了廠(chang)商(shang)的(de)要(yao)求。
 
最好的(de)(de)辦法是開(kai)始時就(jiu)用(yong)統一地(di)(di)。如圖4所示,將統一的(de)(de)地(di)(di)分(fen)為(wei)模擬(ni)部分(fen)和數(shu)字(zi)部分(fen)。這樣的(de)(de)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)既滿足了IC器(qi)件廠商對模擬(ni)地(di)(di)和數(shu)字(zi)地(di)(di)管腳低阻抗連接的(de)(de)要求(qiu),同時又(you)不會(hui)形成環(huan)路天線(xian)或偶(ou)極(ji)天線(xian)而產生EMC問題。
 
如(ru)果對混合信(xin)號PCB設計采用統(tong)一(yi)(yi)地的(de)做法(fa)心存疑(yi)慮,可以采用地線(xian)層(ceng)分割(ge)(ge)的(de)方(fang)(fang)法(fa)對整個電路(lu)板(ban)布局(ju)布線(xian),在設計時(shi)(shi)注意(yi)盡量使電路(lu)板(ban)在后邊實(shi)驗時(shi)(shi)易于用間(jian)距(ju)小于1/2英(ying)寸(cun)的(de)跳線(xian)或(huo)(huo)0歐(ou)姆(mu)電阻(zu)(zu)將分割(ge)(ge)地連(lian)接在一(yi)(yi)起(qi)。注意(yi)分區和布線(xian),確保在所有的(de)層(ceng)上沒有數字(zi)信(xin)號線(xian)位(wei)于模擬部(bu)分之(zhi)上,也(ye)沒有任何模擬信(xin)號線(xian)位(wei)于數字(zi)部(bu)分之(zhi)上。而且,任何信(xin)號線(xian)都不(bu)能(neng)(neng)跨越(yue)地間(jian)隙或(huo)(huo)是分割(ge)(ge)電源之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)隙。要測(ce)試該電路(lu)板(ban)的(de)功(gong)能(neng)(neng)和EMC性(xing)能(neng)(neng),然后將兩個地通過(guo)0歐(ou)姆(mu)電阻(zu)(zu)或(huo)(huo)跳線(xian)連(lian)接在一(yi)(yi)起(qi),重新測(ce)試該電路(lu)板(ban)的(de)功(gong)能(neng)(neng)和EMC性(xing)能(neng)(neng)。比較測(ce)試結果,會發現(xian)幾乎(hu)在所有的(de)情況下(xia),統(tong)一(yi)(yi)地的(de)方(fang)(fang)案在功(gong)能(neng)(neng)和EMC性(xing)能(neng)(neng)方(fang)(fang)面比分割(ge)(ge)地更優(you)越(yue)。
 
分割地的方法還有用嗎?
 
在(zai)以下三種(zhong)情(qing)況(kuang)可以用到這(zhe)種(zhong)方法:一些醫療設備(bei)要求在(zai)與病人(ren)連接的電路和系統(tong)之間的漏電流(liu)很低(di);一些工業過程控制設備(bei)的輸(shu)出可能連接到噪聲很大而且功率高的機電設備(bei)上(shang);另(ling)外一種(zhong)情(qing)況(kuang)就是(shi)在(zai)PCB的布局(ju)受到特定限制時。
 
在混(hun)合信(xin)號(hao)(hao)PCB板上通常有獨立的(de)數(shu)字和模擬電(dian)源,能夠而且應(ying)該(gai)(gai)采(cai)用分(fen)(fen)割(ge)電(dian)源面(mian)。但是緊(jin)鄰(lin)電(dian)源層(ceng)的(de)信(xin)號(hao)(hao)線不(bu)能跨(kua)越(yue)電(dian)源之(zhi)間的(de)間隙(xi),而所有跨(kua)越(yue)該(gai)(gai)間隙(xi)的(de)信(xin)號(hao)(hao)線都必須位于(yu)緊(jin)鄰(lin)大(da)面(mian)積地的(de)電(dian)路層(ceng)上。在有些(xie)情況下,將模擬電(dian)源以PCB連接線而不(bu)是一個面(mian)來(lai)設計(ji)可以避免電(dian)源面(mian)的(de)分(fen)(fen)割(ge)問題。