設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)談：模擬地與信號(hào)地的區(qū)別

很多人分不清模擬地與信號(hào)地的區(qū)別，有時(shí)候也就不區(qū)分?jǐn)?shù)字地與模擬地，但這樣就使得電路質(zhì)量下降，影響了電路的性能：

　　模擬電路涉及弱小信號(hào)，但是數(shù)字電路門(mén)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(kāi)模擬地和數(shù)字地。

　　對(duì)于低頻模擬電路，除了加粗和縮短地線(xiàn)之外，電路各部分采用一點(diǎn)接地是抑制地線(xiàn)干擾的最佳選擇，主要可以防止由于地線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)加長(zhǎng)而帶來(lái)不利影響，這時(shí)應(yīng)采取分開(kāi)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(xiàn)，以降低噪聲對(duì)地阻抗；滿(mǎn)接地，即除傳輸信號(hào)的印制線(xiàn)以外，其他部分全作為地線(xiàn)。不要有無(wú)用的大面積銅箔。

　　地線(xiàn)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(guò)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(xiàn)環(huán)路。數(shù)字電源和模擬電源最好隔離，地線(xiàn)分開(kāi)布置，如果有A/D，則只在此處單點(diǎn)共地。

　　低頻中沒(méi)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(guò)磁珠把模擬和數(shù)字地一點(diǎn)共地。

　　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，理由如上有四種方法解決此問(wèn)題∶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。

　　磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻限波器，只對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)的噪聲有顯著抑制作用，使用時(shí)需要預(yù)先估計(jì)噪點(diǎn)頻率，以便選用適當(dāng)型號(hào)。對(duì)于頻率不確定或無(wú)法預(yù)知的情況，磁珠不合。電容隔直通交，造成浮地。電感體積大，雜散參數(shù)多，不穩(wěn)定。

　　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)。

　　在具體的電路PCB設(shè)計(jì)中，必須了解電磁兼容（EMC）的兩個(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。相反，如果系統(tǒng)存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線(xiàn)（注：小型偶極天線(xiàn)的輻射大小與線(xiàn)的長(zhǎng)度、流過(guò)的電流大小以及頻率成正比）；而如果信號(hào)不能通過(guò)盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線(xiàn)（注：小型環(huán)狀天線(xiàn)的輻射大小與環(huán)路面積、流過(guò)環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比）。在設(shè)計(jì)中要盡可能避免這兩種情況。

　　復(fù)雜混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，設(shè)計(jì)過(guò)程要注意以下幾點(diǎn)：

　　1. 將PCB分區(qū)為獨(dú)立的模擬部分和數(shù)字部分；2.合適的元器件布局；3.A/D轉(zhuǎn)換器跨分區(qū)放置；4.不要對(duì)地進(jìn)行分割。在電路板的模擬部分和數(shù)字部分下面敷設(shè)統(tǒng)一地；5.在電路板的所有層中，數(shù)字信號(hào)只能在電路板的數(shù)字部分布線(xiàn)；6.在電路板的所有層中，模擬信號(hào)只能在電路板的模擬部分布線(xiàn)； 7.實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電源分割；8.布線(xiàn)不能跨越分割電源面之間的間隙；9.必須跨越分割電源之間間隙的信號(hào)線(xiàn)要位于緊鄰大面積地的布線(xiàn)層上； 10.分析返回地電流實(shí)際流過(guò)的路徑和方式；11.采用正確的布線(xiàn)規(guī)則。