电磁兼容性设计&混合信号PCB的接地
我经常听到的一个问题是：如何防止数字逻辑接地电流污染我的低电平模拟电路？
没有一个简单的答案，这是一个很好的问题。大多数A/D转换器制造商的数据手册和应用说明几乎没有提供有关该主题的有用信息。如果它们确实提供了信息，则通常仅适用于仅包含一个A/D转换器的简单系统。
有些人建议分割地平面，以便将数字地电流与模拟地电流隔离开来。尽管可以使分裂平面方法起作用，但是它具有许多潜在的问题，尤其是在大型复杂系统中。其中一个主要问题是您无法在平面上绘制迹线，系统只有一个完整参考平面会更好。
如果你跨分割地平面并在分裂处进行走线(下图左图)，轨迹附近将没有返回路径，并且电流必须以大循环流动。在大回路中流动的电流产生辐射和高接地电感。如果必须拆分地平面并在分割中运行轨迹，则应按照右下图所示进行操作。通过在一个点(桥接器)将平面连接在一起并路由所有迹线以使它们在此桥接点交叉，您将为每个迹线下方的电流提供返回路径(因此环路面积非常小) 。
高频数字接地返回电流需要直接返回信号走线下方。这是最低阻抗(最低电感)路径。数字地电流不希望流过模拟地平面的部分并破坏模拟信号。那么为什么我们需要分裂地面以防止数字电流做一些它不想做的事情呢？
我更喜欢仅使用一个地平面和分区的方法，PCB分为数字和模拟走线部分。然后，模拟信号只能在电路板的模拟部分(任何层)上进行走线，而数字信号只能在电路板的数字部分(任何层)上进行走线。
具有单个接地平面的 PCB，划分为模拟和数字部分，以及路由 信号的规则通常可以解决困难的布局问题，而不会产生由分离的接地平面引起的额外问题。如果布局正确，数字接地电流将保留在电路板的数字部分，不会干扰模拟信号。但是，必须仔细检查路由，以确保上述路由限制符合百分之百! 因此，成功的混合信号PCB布局的关键是适当的分区和布线规则，而不是分离的地平面。
许多A/D转换器制造商在建议使用分离式接地层时，在其数据手册或应用笔记中说明如下：“AGND和DGND引脚必须在外部连接到同一低阻抗接地层，且引线长度最短。 DGND连接中的任何额外外部阻抗都会通过IC内部的杂散电容将更多数字噪声耦合到模拟电路中。他们的建议是将A/D转换器的AGND和DGND引脚连接到模拟地平面。这种方法有可能产生许多其他问题。你将数字电源去耦电容的接地端连接到什么位置？模拟平面还是数字平面？
一种更好的方法是满足通过低阻抗将AGND和DGND引脚连接在一起的要求，而不是在工艺中产生额外的问题，就是首先只使用一个接地层。
确定最佳电路板布局的关键是思考，返回电流如何以及在何处流动？
如果您仍然对在混合信号板上使用单个接地层持怀疑态度，我建议您进行以下实验。使用分离的接地平面布置电路板，但提供通过跳线或零欧姆电阻将每两个平面连接在一起的装置。正确布线电路板，模拟平面上没有数字走线(在任何层上)，数字平面上没有模拟走线(在任何层上)。构建电路板并测试其功能和EMC性能。将这些平面连接在一起并再次测试该板以获得功能和EMC性能。我认为您会发现，在几乎所有情况下，单个地平面的电路板的功能性能和EMC性能都会更好。
系统只有一个参考平面几乎总是更好的。
模拟地平面噪声电压应保持小于所关注的最小模拟信号电平。在A/D(或D/A)转换器的情况下，最小可分辨信号电压电平[最低有效位(LSB)]是A/D转换器的位数和满量程参考电压的函数。 参考电压越小，位数越大，最小可分辨信号电压越小。下表显示了使用1V基准电压源的A/D转换器的分辨率与位数的关系。通过将分辨率乘以适当的因子，可以针对其他参考电压缩放这些分辨率水平。例如，如果转换器使用5伏参考，则将表中的分辨率数乘以5。
使用适当分割和正片上的铺铜区域(如上所述)通常适用于大多数低至中等分辨率的A/D转换器(8,10或12位)。对于更高分辨率的系统(14位及更高)，可能需要更多的接地噪声电压隔离才能获得足够的性能。这些转换器的分辨率电压为几十微伏或更低。在这种情况下，您可能希望将电路板划分为单独的隔离模拟和数字接地平面区域，每个区域牢固地连接到每个A/D转换器下方的数字地平面，如图所示。这种方法将为高分辨率A/D转换器提供额外的接地噪声隔离，同时仍为系统保持单个接地层。
请注意，即使在这种情况下，地平面也不会分开 - 它们都连接在一起。还要记住，在任何层上都没有线可以跨过地平面中的隔离槽。
1、使用单独的模拟和数字部分对PCB进行分区。
2、不要拆分地平面。在电路板的模拟和数字部分下使用一个完整的接地层。
3、仅在电路板的数字部分中路由数字信号。这适用于所有图层。
4、仅在电路板的模拟部分路由模拟信号。这适用于所有图层。
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