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【世说设计】做人要有原则,接地更要有原则!

2019-11-04
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对于所有模拟设计而言,接地都是一个不容忽视的问题,而在基于 PCB的电路中,适当实施接地也具有同等重要的意义。数字和模拟设计工程师倾向于从不同角度考察混合信号器件, 本期为大家介绍一个适用于大多数混合信号器件的一般接地原则。

为什么需要单独的数字地,模拟地?


数字电路具有噪声,饱和逻辑(例如TTL和CMOS)在开关过程中会短暂地从电源吸入大电流。但由于逻辑级的抗扰度可达数百毫伏以上,因而通常对电源去耦的要求不高。相反,模拟电路非常容易受噪声影响,包括在电源轨和接地轨上。因此,为了防止数字噪声影响模拟性能,应该把模拟电路和数字电路分开。这种分离涉及到接地回路和电源轨的分开,对混合信号系统而言可能比较麻烦。


然而,如果高精度混合信号系统要充分发挥性能,则必须具有单独的模拟地和数字地以及单独电源,这一点至关重要。事实上,虽然有些模拟电路采用+5V单电源供电运行,但并不意味着该电路可以与微处理器、动态RAM、电扇或其他高电流设备共用相同+5V高噪声电源。模拟部分必须使用此类电源以最高性能运行,而不只是保持运行。这一差别必然要求我们对电源轨和接地接口给予高度注意。


请注意,系统中的模拟地和数字地必须在某个点相连,以便让信号都参考相同的电位。这个星点(也称为模拟/数字公共点)要精心选择,确保数字电流不会流入系统模拟部分的地。在电源处设置公共点通常比较便利。


关于AGND和DGND引脚


许多ADC和DAC都有单独的“模拟地”(AGND)和“数字地”(DGND)引脚。在设备数据手册上,通常建议用户在器件封装处将这些引脚连在一起。这点似乎与要求在电源处连接模拟地和数字地的建议相冲突;如果系统具有多个转换器,这点似乎与要求在单点处连接模拟地和数字地的建议相冲突。


其实并不存在冲突。这些引脚的“模拟地”和“数字地”标记是指引脚所连接到的转换器内部部分,而不是引脚必须连接到的系统地。对于ADC,这两个引脚通常应该连在一起,然后连接到系统的模拟地。由于转换器的模拟部分无法耐受数字电流经由焊线流至芯片时产生的压降,因此无法在IC封装内部将二者连接起来。但它们可以在外部连在一起。


ADC的接地连接


下图显示了ADC的接地连接这一概念。这样的引脚接法会在一定程度上降低转换器的数字噪声抗扰度,降幅等于系统数字地和模拟地之间的共模噪声量。但是,由于数字噪声抗扰度经常在数百或数千毫伏水平,因此一般不太可能有问题。



【数据转换器的AGND和DGND引脚应返回到系统模拟地。】


模拟噪声抗扰度只会因转换器本身的外部数字电流流入模拟地而降低。这些电流应该保持很小,通过确保转换器输出没有高负载,可以最大程度地减小电流。实现这一目标的好方法是在ADC输出端使用低输入电流缓冲器,例如CMOS缓冲器–寄存器IC。


如果转换器的逻辑电源利用一个小电阻隔离,并且通过0.1μF(100nF)电容去耦到模拟地,则转换器的所有快速边沿数字电流都将通过该电容流回地,而不会出现在外部地电路中。如果保持低阻抗模拟地,而能够充分保证模拟性能,那么外部数字地电流所产生的额外噪声基本上不会构成问题。

原文出自亚德诺半导体

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