【E課堂】關(guān)于模擬地與數(shù)字地、磁珠、電感區(qū)別

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，數(shù)字地是數(shù)字電路部分的公共基準(zhǔn)端，即數(shù)字電壓信號(hào)的基準(zhǔn)端;模擬地是模擬電路部分的公共基準(zhǔn)端，模擬信號(hào)的電壓基準(zhǔn)端(零電位點(diǎn))。

　　一、分為數(shù)字地和模擬地的原因：

　　由于數(shù)字信號(hào)一般為矩形波，帶有大量的諧波。如果電路板中的數(shù)字地與模擬地沒有從接入點(diǎn)分開，數(shù)字信號(hào)中的諧波很容易會(huì)干擾到模擬信號(hào)的波形。當(dāng)模擬信號(hào)為高頻或強(qiáng)電信號(hào)時(shí)，也會(huì)影響到數(shù)字電路的正常工作。模擬電路涉及弱小信號(hào)，但是數(shù)字電路門限電平較高，對(duì)電源的要求就比模擬電路低些。既有數(shù)字電路又有模擬電路的系統(tǒng)中，數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲會(huì)影響模擬電路，使模擬電路的小信號(hào)指標(biāo)變差，克服的辦法是分開模擬地和數(shù)字地。

　　存在問題的根本原因是，無(wú)法保證電路板上銅箔的電阻為零，在接入點(diǎn)將數(shù)字地和模擬地分開，就是為了將數(shù)字地和模擬地的共地電阻降到最小。

　　二、數(shù)字地和模擬地處理的基本原則如下：

　　如果把模擬地和數(shù)字地大面積直接相連，會(huì)導(dǎo)致互相干擾。不短接又不妥。

　　對(duì)于低頻模擬電路，除了加粗和縮短地線之外，電路各部分采用一點(diǎn)接地是抑制地線干擾的最佳選擇，主要可以防止由于地線公共阻抗而導(dǎo)致的部件之間的互相干擾。

　　而對(duì)于高頻電路和數(shù)字電路，由于這時(shí)地線的電感效應(yīng)影響會(huì)更大，一點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致實(shí)際地線加長(zhǎng)而帶來(lái)不利影響，這時(shí)應(yīng)采取分開接地和一點(diǎn)接地相結(jié)合的方式。

　　另外對(duì)于高頻電路還要考慮如何抑制高頻輻射噪聲，方法是：盡量加粗地線，以降低噪聲對(duì)地阻抗;滿接地，即除傳輸信號(hào)的印制線以外，其他部分全作為地線。不要有無(wú)用的大面積銅箔。

　　地線應(yīng)構(gòu)成環(huán)路，以防止產(chǎn)生高頻輻射噪聲，但環(huán)路所包圍面積不可過大，以免儀器處于強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流。但如果只是低頻電路，則應(yīng)避免地線環(huán)路。數(shù)字電源和模擬電源最好隔離，地線分開布置，如果有A/D，則只在此處單點(diǎn)共地。

　　低頻中沒有多大影響，但建議模擬和數(shù)字一點(diǎn)接地。高頻時(shí)，可通過磁珠把模擬和數(shù)字地一點(diǎn)共地。

　　三、四種解決方法

　　模擬地和數(shù)字地間串接

　　1)用磁珠連接;2)用電容連接;3)用電感連接;4)用0歐姆電阻連接。

　　1.電感一般用幾u(yù)H到數(shù)十uH。

　　2.用0歐電阻是最佳選擇

　　a.可保證直流電位相等

　　b.單點(diǎn)接地(限制噪聲)

　　c.對(duì)所有頻率的噪聲都有衰減作用(0歐也有阻抗，而且電流路徑狹窄，可以限制噪聲電流通過)。

　　3. 磁珠

　　采用在高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結(jié)面成，專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。

　　主要參數(shù):

　　標(biāo)稱值:因?yàn)榇胖榈膯挝皇前凑账谀骋活l率產(chǎn)生的阻抗來(lái)標(biāo)稱的，阻抗的單位也是歐姆 .一般以100MHz為標(biāo)準(zhǔn)，比如2012B601，就是指在100MHz的時(shí)候磁珠的阻抗為600歐姆。

　　額定電流:額定電流是指能保證電路正常工作允許通過電流.

　　磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率，他等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。他比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時(shí)呈現(xiàn)阻性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高調(diào)頻濾波效果。 磁珠對(duì)高頻信號(hào)才有較大阻礙作用，一般規(guī)格有100歐/100mMHZ ，它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。鐵氧體磁珠 (Ferrite Bead) 是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾組件，廉價(jià)、易用，濾除高頻噪聲效果顯著。

　　有的磁珠上有多個(gè)孔洞，用導(dǎo)線穿過可增加組件阻抗(穿過磁珠次數(shù)的平方)，不過在高頻時(shí)所增加的抑制噪聲能力不可能如預(yù)期的多，而用多串聯(lián)幾個(gè)磁珠的辦法會(huì)好些。鐵氧體是磁性材料，會(huì)因通過電流過大而產(chǎn)生磁飽和，導(dǎo)磁率急劇下降。大電流濾波應(yīng)采用結(jié)構(gòu)上專門設(shè)計(jì)的磁珠，還要注意其散熱措施。

　　鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲(可用于直流和交流輸出)，還可廣泛應(yīng)用于其它電路，其體積可以做得很小。特別是在數(shù)字電路中，由于脈沖信號(hào)含有頻率很高的高次諧波，也是電路高頻輻射的主要根源，所以可在這種場(chǎng)合發(fā)揮磁珠的作用。

　　在電路中只要導(dǎo)線穿過它即可。當(dāng)導(dǎo)線中電流穿過時(shí)，鐵氧體對(duì)低頻電流幾乎沒有什么阻抗，而對(duì)較高頻率的電流會(huì)產(chǎn)生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發(fā)，其等效電路為一個(gè)電感和一個(gè)電阻串聯(lián)，兩個(gè)組件的值都與磁珠的長(zhǎng)度成比例。磁珠種類很多，制造商應(yīng)提供技術(shù)指標(biāo)說(shuō)明，特別是磁珠的阻抗與頻率關(guān)系的曲線。

　　4.電容

　　利用電容隔直通交的原理。

　　四.電感與磁珠的區(qū)別:

　　有一匝以上的線圈習(xí)慣稱為電感線圈,少于一匝(導(dǎo)線直通磁環(huán))的線圈習(xí)慣稱之為磁珠;電感是儲(chǔ)能元件,而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件;電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號(hào)回路,用于EMC對(duì)策;磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾.兩者都可用于處理EMC、EMI問題;電感一般用于電路的匹配和信號(hào)質(zhì)量的控制上.在模擬地和數(shù)字地結(jié)合的地方用磁珠。

　　作為電源濾波，可以使用電感。磁珠的電路符號(hào)就是電感但是型號(hào)上可以看出使用的是磁珠在電路功能上，磁珠和電感是原理相同的，只是頻率特性不同罷了;磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來(lái)，緩慢的釋放出去。

　　電感是儲(chǔ)能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件;電感多用于電源濾波回路，磁珠多用于信號(hào)回路，用于EMC對(duì)策;磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾，而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問題。

　　磁珠是用來(lái)吸收超高頻信號(hào)，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)器電路(DDR SDRAM，RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過錯(cuò)50MHZ。

　　五、幾種方法綜述

　　電容隔直通交，造成浮地。電容不通直流，會(huì)導(dǎo)致壓差和靜電積累，摸機(jī)殼會(huì)麻手。如果把電容和磁珠并聯(lián)，就是畫蛇添足，因?yàn)榇胖橥ㄖ?，電容將失效。串?lián)的話就顯得不倫不類。

　　電感體積大，雜散參數(shù)多，特性不穩(wěn)定，離散分布參數(shù)不好控制，體積大。電感也是陷波，LC諧振(分布電容)，對(duì)噪點(diǎn)有特效。

　　磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻陷波器，只對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)的噪聲有抑制作用，如果不能預(yù)知噪點(diǎn)，如何選擇型號(hào)，況且，噪點(diǎn)頻率也不一定固定，故磁珠不是一個(gè)好的選擇。

　　0歐電阻相當(dāng)于很窄的電流通路，能夠有效地限制環(huán)路電流，使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0歐電阻也有阻抗)，這點(diǎn)比磁珠強(qiáng)。

　　總之，關(guān)鍵是模擬地和數(shù)字地要一點(diǎn)接地。建議，不同種類地之間用0歐電阻相連;電源引入高頻器件時(shí)用磁珠;高頻信號(hào)線耦合用小電容;電感用在大功率低頻上。