工程師設(shè)計(jì)小Tips：PCB設(shè)計(jì)接地問(wèn)題精要

模擬地/數(shù)字地以及模擬電源/數(shù)字電源只不過(guò)是相對(duì)的概念。提出這些概念的主要原因是數(shù)字電路對(duì)模擬電路的干擾已經(jīng)到了不能容忍的地步。目前的標(biāo)準(zhǔn)處理辦法如下：

1. 地線(xiàn)從整流濾波后就分為2根，其中一根作為模擬地，所有模擬部分的電路地全部接到這個(gè)模擬地上面;另一根為數(shù)字地，所有數(shù)字部分的電路地全部接到這個(gè)數(shù)字地上面。

2. 直流電源穩(wěn)壓芯片出來(lái)，經(jīng)過(guò)濾波后同樣分為2根，其中一根經(jīng)過(guò)LC/RC濾波后作為模擬電源，所有模擬部分的電路電源全部接到這個(gè)模擬電源上面;另一根為數(shù)字電源，所有數(shù)字部分的電路電源全部接到這個(gè)數(shù)字電源上面

注意：模擬地/數(shù)字地以及模擬電源/數(shù)字電源除了在電源的開(kāi)始部分有一點(diǎn)連接外，不能再有任何連接。

AVCC：模擬部分電源供電;AGND：模擬地

DVCC：數(shù)字部分電源供電;DGND：數(shù)字地

這樣區(qū)分是為了將數(shù)字部分和模擬部分隔離開(kāi)，減小數(shù)字部分帶給模擬電路部分的干擾。但這兩部分不可能完全隔離開(kāi)，數(shù)字部分和模擬部分之間是有連接的所以，在供電時(shí)至少地應(yīng)該是在一起的，所以AGND和DGND之間要用0歐姆的電阻或磁珠或電感連接起來(lái)，這樣的一點(diǎn)連接就能夠減小干擾。同樣，如果兩部分的供電電源相同也應(yīng)該采用這樣的接法。

在電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了少走彎路和節(jié)省時(shí)間，應(yīng)充分考慮并滿(mǎn)足抗干擾性的要求，避免在設(shè)計(jì)完成后再去進(jìn)行抗干擾的補(bǔ)救措施。形成干擾的基本要素有三個(gè)：

(1)干擾源，指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信號(hào)，用數(shù)學(xué)語(yǔ)言描述如下：du/dt， di/dt大的地方就是干擾源。如：雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時(shí)鐘等都可 能成為干擾源。

(2)傳播路徑，指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳 播路徑是通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的傳導(dǎo)和空間的輻射。

(3)敏感器件，指容易被干擾的對(duì)象。如：A/D、D/A變換器，單片機(jī)，數(shù)字IC， 弱信號(hào)放大器等?？垢蓴_設(shè)計(jì)的基本原則是：抑制干擾源，切斷干擾傳播路徑，提高敏感器件的 抗干擾性能。

(類(lèi)似于傳染病的預(yù)防)

1 抑制干擾源

抑制干擾源就是盡可能的減小干擾源的du/dt，di/dt。這是抗干擾設(shè)計(jì)中最優(yōu) 先考慮和最重要的原則，常常會(huì)起到事半功倍的效果。減小干擾源的du/dt主要是通過(guò)在干擾源兩端并聯(lián)電容來(lái)實(shí)現(xiàn)。減小干擾源的 di/dt則是在干擾源回路串聯(lián)電感或電阻以及增加續(xù)流二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

抑制干擾源的常用措施如下：

(1)繼電器線(xiàn)圈增加續(xù)流二極管，消除斷開(kāi)線(xiàn)圈時(shí)產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)干擾。僅加續(xù)流二極管會(huì)使繼電器的斷開(kāi)時(shí)間滯后，增加穩(wěn)壓二極管后繼電器在單位時(shí)間內(nèi)可動(dòng)作更多的次數(shù)。

(2)在繼電器接點(diǎn)兩端并接火花抑制電路(一般是RC串聯(lián)電路，電阻一般選幾K 到幾十K，電容選0.01uF)，減小電火花影響。

(3)給電機(jī)加濾波電路，注意電容、電感引線(xiàn)要盡量短。

(4)電路板上每個(gè)IC要并接一個(gè)0.01μF～0.1μF高頻電容，以減小IC對(duì)電源的 影響。注意高頻電容的布線(xiàn)，連線(xiàn)應(yīng)靠近電源端并盡量粗短，否則，等于增大了電 容的等效串聯(lián)電阻，會(huì)影響濾波效果。

(5)布線(xiàn)時(shí)避免90度折線(xiàn)，減少高頻噪聲發(fā)射。

(6)可控硅兩端并接RC抑制電路，減小可控硅產(chǎn)生的噪聲(這個(gè)噪聲嚴(yán)重時(shí)可能 會(huì)把可控硅擊穿的)。

按干擾的傳播路徑可分為傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩類(lèi)。

所謂傳導(dǎo)干擾是指通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)傳播到敏感器件的干擾。高頻干擾噪聲和 有用信號(hào)的頻帶不同，可以通過(guò)在導(dǎo)線(xiàn)上增加濾波器的方法切斷高頻干擾噪聲的傳播，有時(shí)也可加隔離光耦來(lái)解決。電源噪聲的危害最大， 要特別注意處理。 所謂輻射干擾是指通過(guò)空間輻射傳播到敏感器件的干擾。一般的解決方法是增加干擾源與敏感器件的距離，用地線(xiàn)把它們隔離和在敏感器件上加蔽罩。

2 切斷干擾傳播路徑的常用措施如下：

(1)充分考慮電源對(duì)單片機(jī)的影響。電源做得好，整個(gè)電路的抗干擾就解決了一大半。許多單片機(jī)對(duì)電源噪聲很敏感， 要給單片機(jī)電源加濾波電路或穩(wěn)壓器，以減小電源噪聲對(duì)單片的干擾。比如，可以利用磁珠和電容組成π形濾波電路，當(dāng)然條件要求不高時(shí)也可用100Ω電阻代替磁珠。

(2)如果單片機(jī)的I/O口用來(lái)控制電機(jī)等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離(增加π形濾波電路)?？刂齐姍C(jī)等噪聲器件，在I/O口與噪聲源之間應(yīng)加隔離(增加π形濾波電路)。

(3)注意晶振布線(xiàn)。晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線(xiàn)把時(shí)鐘區(qū)隔離起來(lái)，晶振外殼接地并固定。此措施可解決許多疑難問(wèn)題。

(4)電路板合理分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號(hào)，數(shù)字、模擬信號(hào)。盡可能把干擾源 (如電機(jī)，繼電器)與敏感元件(如單片機(jī))遠(yuǎn)離。

(5)用地線(xiàn)把數(shù)字區(qū)與模擬區(qū)隔離，數(shù)字地與模擬地要分離，最后在一點(diǎn)接于電源地。A/D、D/A芯片布線(xiàn)也以此為原則，廠(chǎng)家分配A/D、D/A芯片 引腳排列時(shí)已考慮此要求。

(6)單片機(jī)和大功率器件的地線(xiàn)要單獨(dú)接地，以減小相互干擾。 大功率器件盡可能放在電路板邊緣。

(7)在單片機(jī)I/O口，電源線(xiàn)，電路板連接線(xiàn)等關(guān)鍵地方使用抗干擾元件 如磁珠、磁環(huán)、電源濾波器，屏蔽罩，可顯著提高電路的抗干擾性能。