永遠(yuǎn)不要在模擬和數(shù)字電路之間進(jìn)行地分割
永遠(yuǎn)不要在模擬和數(shù)字電路之間分割地層
圖 1.左邊是分割后的混合信號(hào)板布局(a),右邊是更好的替代布局(b)
如果考慮返回電流,雖然模擬電路和數(shù)字電路部分隔離開了,但是分割地層后有四條數(shù)字走線將D/A轉(zhuǎn)換器連接到其中一個(gè)數(shù)字元件,這些信號(hào)也需要返回路徑。這些電流必須從D/A元件的接地引腳到達(dá)數(shù)字元件的接地引腳,分割后迫使這些電流與模擬電流共享平面的同一區(qū)域,模數(shù)信號(hào)混合了,沒有起到分割的作用。
不能分割的原因:
1. 數(shù)字和模擬信號(hào)的工作頻率在高于約100 kHz的頻率下,接地層上的返回電流被限制在信號(hào)走線正下方的區(qū)域。
2. 即使在kHz頻率或更低頻率下,電路板接地層的電阻也小于1 mΩ/平方。比如10A經(jīng)過(guò)1 mΩ的電阻,會(huì)產(chǎn)生10mV的電壓,對(duì)于某些場(chǎng)景,這個(gè)電壓可以忽略。
3. 在不能容忍mV級(jí)別耦合的情況下,最好將返回路徑分布在不同的層上。
單點(diǎn)和多點(diǎn)接地
如圖2所示。模擬返回電流有兩種可能的路徑。它可以在走線上返回,也可以在平面上返回。電流將根據(jù)每條路徑的電阻進(jìn)行分配,允許大量的模擬電流返回平面。同樣,一些數(shù)字電流將在模擬電流返回路線上流動(dòng)。
圖 2 接地層上的近似返回電流分布
一般來(lái)說(shuō),如果兩個(gè)電流返回路徑連接在一個(gè)以上的點(diǎn)上,則它們?cè)诘皖l下不會(huì)隔離。單點(diǎn)接地是EMC中的一個(gè)重要概念,盡管設(shè)計(jì)人員經(jīng)常誤解它,因?yàn)樗麄儧]有正確區(qū)分電流返回路徑和接地的概念。
圖 3. 單點(diǎn)接地
圖3說(shuō)明了單點(diǎn)接地概念,隔離電路或系統(tǒng)通過(guò)非載流接地導(dǎo)體連接到單個(gè)點(diǎn)。
圖4顯示了另一種實(shí)現(xiàn)方式,其中接地導(dǎo)體連接在多個(gè)點(diǎn),但它們?nèi)匀灰詥蝹€(gè)點(diǎn)為參考。其中一個(gè)例子是建筑物中的電源接地,每個(gè)接地設(shè)備都有一條通往建筑電氣服務(wù)的專用有線路徑,在多個(gè)點(diǎn)連接接地導(dǎo)體不會(huì)降低接地方案的有效性。
圖 4. 另一個(gè)單點(diǎn)接地實(shí)現(xiàn)
雖然單點(diǎn)接地是確保隔離電路具有相同零伏基準(zhǔn)的重要概念,但如果接地導(dǎo)體承載信號(hào)或電源電流,則單點(diǎn)接地不起作用。