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2019-05-22 10:51:01 | 来源: 游戏

混合信号系统接地揭秘之部分 - 模拟电子技术 - 电子工程

数字和模拟设计工程师们往往会从各个不同角度来查看混合信号器件,但每名使用混合信号器件的工程师都会注意到模拟接地 (AGND) 和数字接地 (DGND)。对于如何处理这些接地,许多人感到困惑,而多数困惑均来自于如何标示ADC接地引脚。注意,引脚名称AGND和DGND是指该组件的内部情况,并不必然表明你应该在外部如何操作。数据转换器数据表通常建议将模拟和数字接地捆绑在器件上。但是,设计人员有时想而有时又不想让数据转换器成为系统的星形接地点。我们应该如何做呢?

如图1所示,混合信号IC内的接地一般会保持独立,目的是避免数字信号耦合进入模拟电路。对于连接芯片上焊垫至封装引脚相关的内部电感和电阻(相比电感可忽略不计),IC设计人员没有一点办法。快速变化的数字电流在数字电路中产生电压(di/dt),其不可避免地会通过杂散电容耦合进入模拟电路。

若不考虑这类耦合,IC可以工作得很好。但是,为了防止进一步的耦合,我们应使用短的导线,从外部把AGND和DGND引脚接合到一起,连接同一低阻抗接地层。DGND连接中任何一点外部阻抗都会引起更多的数字噪声,而其反过来又会通过杂散电容让更多的数字噪声耦合进入模拟电路。

模拟还是数字接地层,又或者两者兼有?

为什么需要接地层?如果一条总线线路用作接地而非层,则必须进行计算才能确定总线线路的压降,因为大多数逻辑转换等效频率的阻抗。这种压降造成系统终精确度误差。要实现一个接地层,双面PCB的一面由连续铜材料组成,用作接地。由于使用大面积、扁平化导体方式,大量金属材料实现程度电阻和电感。

接地层起到一个低阻抗返回通路的作用,旨在去耦快速数字逻辑引起的高频电流。另外,它还小化了电磁干扰/射频干扰(EMI/RFI)产生的辐射。由于接地层的屏蔽行为,电路对于外部EMI/RFI的敏感性降低了。接地层还允许高速数字或者模拟信号通过传输线路(微波传输带或者带状线)方法进行传输,其要求受控阻抗。

如前所述,AGND和DGND引脚必须在器件上接合到一起。如果必须隔离模拟和数字接地,那么我们应该将它们连接到模拟接地层、数字接地层还是两个都连呢?

请记住,数据转换器是模拟的!因此,AGND和DGND引脚应连接至模拟接地层。如果它们被连接至数字接地层,则模拟输入信号将出现数字噪声,因为它可能为单端,并且参考模拟接地层。连接这两个引脚至静态模拟接地层,会把少量数字噪声注入其中,并降低输出逻辑的噪声余量。这是因为,输出逻辑现在参考模拟接地层,并且所有其它逻辑均参考数字接地层。但是,这些电流应为非常小,并且通过确保转换器输出不驱动大扇出得到小化。

可能的情况是,设计使用器件的数字电流可低可高。两种情况的接地方案并不相同。一般而言,数据转换器常常被看作为低电流器件(例如:闪存ADC)。但是,今天的一些拥有片上模拟功能的数据转换器,正变得越来越数字化。随着数字电路的增加,数字电流和噪声也随之增加。例如,∑-△ADC包含一个复杂的数字滤波器,其相当大地增加了器件的数字电流。

低数字电流数据转换器接地

正如我们讲的那样,数据转换器(或者任何混合信号器件)均为模拟。在所有系统中,模拟信号层都位于所有模拟电路和混合信号器件放置的地方。同样,数字信号层拥有所有数字数据处理电路。模拟与数字接地层应有同各自信号层相同的尺寸和形状。

图2概述了低数字电流混合信号器件接地的方法。该模拟接地层没有被损坏,因为小数字瞬态电流存在于本地去耦电容器VDig和DGND(绿线)之间的小型环路中。图2还显示了一个位于模拟和数字电源之间的滤波器。共有两类铁氧体磁珠:高Q谐振磁珠和低Q非谐振磁珠。低Q磁珠常用于电源滤波,其与电源连接点串联。

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