基于PCB模擬設(shè)計的良好接地指導(dǎo)原則

由于實(shí)際機(jī)械設(shè)計的原因，電源輸入連接器在電路板的一端，而需要靠近散熱器的電源輸出部分則在另一端。電路板具有100 mm寬的接地層，還有電流為15 A的功率放大器。如果接地層厚0.038 mm，15 A的電流流過時會產(chǎn)生68 μV/mm的壓降。對于任何共用該PCB且以地為參考的精密模擬電路，這種壓降都會引起嚴(yán)重問題?？梢愿盍呀拥貙?，讓大電流不流入精密電路區(qū)域，而迫使它環(huán)繞割裂位置流動。這樣可以防止接地問題（在這種情況下確實(shí)存在），不過該電流流過的接地層部分中電壓梯度會提高。

在多個接地層系統(tǒng)中，請務(wù)必避免覆蓋接地層，特別是模擬層和數(shù)字層。該問題將導(dǎo)致從一個層（可能是數(shù)字地）到另一個層的容性耦合。要記住，電容是由兩個導(dǎo)體（兩個接地層）組成的，中間用絕緣體（PC板材料）隔離。

具有低數(shù)字電流的混合信號IC的接地和去耦

敏感的模擬元件，例如放大器和基準(zhǔn)電壓源，必須參考和去耦至模擬接地層。具有低數(shù)字電流的ADC和DAC（和其他混合信號IC）一般應(yīng)視為模擬元件，同樣接地并去耦至模擬接地層。乍看之下，這一要求似乎有些矛盾，因為轉(zhuǎn)換器具有模擬和數(shù)字接口，且通常有指定為模擬接地(AGND)和數(shù)字接地(DGND)的引腳。圖4有助于解釋這一兩難問題。

同時具有模擬和數(shù)字電路的IC（例如ADC或DAC）內(nèi)部，接地通常保持獨(dú)立，以免將數(shù)字信號耦合至模擬電路內(nèi)。圖4顯示了一個簡單的轉(zhuǎn)換器模型。將芯片焊盤連接到封裝引腳難免產(chǎn)生線焊電感和電阻，IC設(shè)計人員對此是無能為力的，心中清楚即可。快速變化的數(shù)字電流在B點(diǎn)產(chǎn)生電壓，且必然會通過雜散電容CSTRAY耦合至模擬電路的A點(diǎn)。此外，IC封裝的每對相鄰引腳間約有0.2 pF的雜散電容，同樣無法避免！IC設(shè)計人員的任務(wù)是排除此影響讓芯片正常工作。不過，為了防止進(jìn)一步耦合，AGND和DGND應(yīng)通過最短的引線在外部連在一起，并接到模擬接地層。DGND連接內(nèi)的任何額外阻抗將在B點(diǎn)產(chǎn)生更多數(shù)字噪聲；繼而使更多數(shù)字噪聲通過雜散電容耦合至模擬電路。請注意，將DGND連接到數(shù)字接地層會在AGND和DGND引腳兩端施加 VNOISE ，帶來嚴(yán)重問題！

“DGND”名稱表示此引腳連接到IC的數(shù)字地，但并不意味著此引腳必須連接到系統(tǒng)的數(shù)字地?？梢愿鼫?zhǔn)確地將其稱為IC的內(nèi)部“數(shù)字回路”。

這種安排確實(shí)可能給模擬接地層帶來少量數(shù)字噪聲，但這些電流非常小，只要確保轉(zhuǎn)換器輸出不會驅(qū)動較大扇出（通常不會如此設(shè)計）就能降至最低。將轉(zhuǎn)換器數(shù)字端口上的扇出降至最低（也意味著電流更低），還能讓轉(zhuǎn)換器邏輯轉(zhuǎn)換波形少受振鈴影響，盡可能減少數(shù)字開關(guān)電流，從而減少至轉(zhuǎn)換器模擬端口的耦合。通過插入小型有損鐵氧體磁珠，如圖4所示，邏輯電源引腳pin (VD) 可進(jìn)一步與模擬電源隔離。轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部瞬態(tài)數(shù)字電流將在小環(huán)路內(nèi)流動，從VD 經(jīng)去耦電容到達(dá)DGND（此路徑用圖中紅線表示）。因此瞬態(tài)數(shù)字電流不會出現(xiàn)在外部模擬接地層上，而是局限于環(huán)路內(nèi)。VD引腳去耦電容應(yīng)盡可能靠近轉(zhuǎn)換器安裝，以便將寄生電感降至最低。去耦電容應(yīng)為低電感陶瓷型，通常介于0.01 μF (10 nF)和0.1 μF (100 nF)之間。

再強(qiáng)調(diào)一次，沒有任何一種接地方案適用于所有應(yīng)用。但是，通過了解各個選項和提前進(jìn)行規(guī)則，可以最大程度地減少問題。

小心處理ADC數(shù)字輸出

將數(shù)據(jù)緩沖器放置在轉(zhuǎn)換器旁不失為好辦法，可將數(shù)字輸出與數(shù)據(jù)總線噪聲隔離開（如圖4所示）。數(shù)據(jù)緩沖器也有助于將轉(zhuǎn)換器