如何區(qū)分模擬地和數(shù)字地？電路設(shè)計(jì)之在PCB布局中正確設(shè)置地線

Part 01、前言

什么是接地？所謂接地其實(shí)就是系統(tǒng)中所有信號(hào)的參考點(diǎn)。理想情況下，地線上只有零伏的電勢(shì)。但是在現(xiàn)實(shí)世界中，所謂地平面其實(shí)就是具有一定阻抗能力的導(dǎo)體所承載的信號(hào)。有了阻抗，那么流過(guò)該地面的電流會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)體上的電勢(shì)在不同點(diǎn)處不同。通過(guò)保持較低的地線導(dǎo)體阻抗可實(shí)現(xiàn)良好接地，從而最大程度地減少地線上的電勢(shì)差。在設(shè)計(jì)多層電路板時(shí)，一般專(zhuān)門(mén)設(shè)置一層用于接地層，接地層中大面積的銅箔會(huì)降低地平面上的阻抗。

Part 02、地平面分割

一般來(lái)說(shuō)，許多人將接地平面分為模擬部分和數(shù)字部分，并在整個(gè)平面上進(jìn)行了分割。模擬電路位于平面的模擬部分之上，而系統(tǒng)的數(shù)字部分位于數(shù)字部分之上。最終，這兩個(gè)接地點(diǎn)重新歸為系統(tǒng)電源。但是我們經(jīng)常會(huì)遇到一些IC，內(nèi)部集成了模擬電路和數(shù)字電路，那么我們?cè)趺刺幚磉@種器件的接地呢？

就拿數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，無(wú)論是數(shù)模轉(zhuǎn)換器（D / A）還是模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A / D），通常都跨接在此部分上，而且一般有兩個(gè)接地引腳：一個(gè)稱(chēng)為模擬接地（AGND），另一個(gè)是數(shù)字地（DGND）。很多人看到這里會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為模擬地引腳接到模擬地平面，數(shù)字地引腳接到數(shù)字地平面，這樣的想法是不對(duì)的，接下來(lái)我們會(huì)分析。

在IC數(shù)據(jù)手冊(cè)上，廠家一般會(huì)建議用戶(hù)在器件封裝處將AGND和DGND連在一起。這點(diǎn)似乎與要求區(qū)分模擬地和數(shù)字地的建議相沖突，其實(shí)并不存在沖突。這些引腳的“模擬地”和“數(shù)字地”標(biāo)記是指引腳所連接到的轉(zhuǎn)換器內(nèi)部部分，而不是引腳必須連接到的系統(tǒng)地。對(duì)于ADC，這兩個(gè)引腳通常應(yīng)該連在一起，然后連接到系統(tǒng)的模擬地。

由于轉(zhuǎn)換器的模擬部分無(wú)法耐受數(shù)字電流經(jīng)由焊線流至芯片時(shí)產(chǎn)生的壓降，因此無(wú)法在 IC 封裝內(nèi)部將二者連接起來(lái)，但它們可以在外部連在一起。所以芯片外部雖然AGND和DGND連在一起了，但是內(nèi)部其實(shí)分開(kāi)的，二者只是取同一個(gè)參考點(diǎn)而已。

Part 03、ADC的電源線處理方法

說(shuō)完了地線，我們?cè)僬f(shuō)說(shuō)ADC的電源線處理方法，其實(shí)就是把IC的電源一分為二，通過(guò)磁珠進(jìn)行隔離，從而避免數(shù)字電路中的干擾通過(guò)電源串?dāng)_到模擬電路中，其中紅色線連接的是IC的去耦電容，去耦電容接到數(shù)字地上，要記住，去耦電容要距離數(shù)字電源供電端越近越好，從而實(shí)現(xiàn)最小的去耦環(huán)路。

那么兩個(gè)地平面怎么連接呢？一般來(lái)說(shuō)可以用0R電阻，或者磁珠，或者背靠背肖特基二極管，0R電阻其實(shí)是有一定阻值的，對(duì)于干擾信號(hào)有一定的減弱作用，同時(shí)電阻的高頻等效模型中，在高頻條件下，電阻能表現(xiàn)出電感特性，還能起到電感濾波的作用，磁珠的話也是一樣，在高頻條件下，會(huì)表現(xiàn)出感性，但是對(duì)于低頻干擾，就比較無(wú)能為力了，對(duì)于二極管，要選用低正向壓降的肖特基二極管，由于二極管的單向?qū)щ娦?，能有效避免串?dāng)_在兩個(gè)地平面之間形成回路。

Part 04、總結(jié)

所以總結(jié)一下就是，地平面要分為模擬地和數(shù)字地兩大區(qū)，模擬電路以及數(shù)字電路按區(qū)放置，同時(shí)電源也要區(qū)分，兩大地平面要通過(guò)磁珠或者二極管進(jìn)行隔離。