數(shù)字地和模擬地的基本處理原則

二者本質(zhì)是一致的，就是數(shù)字地和模擬地都是地。

要明白為什么要分開，先聽一個(gè)故事：

假設(shè)一公司的商務(wù)樓，2樓是搞模擬的，3樓是搞數(shù)字的，整幢樓只有一部電梯。平時(shí)人少的時(shí)候還好辦，上2樓、上3樓互不影響。但每天上下班的時(shí)候就不得了了，人多得很，搞數(shù)字的要上3樓，總是被2樓搞模擬的人影響；2樓模擬的人要下樓，總是要等電梯上了3樓再下來，互相影響很是麻煩。

商務(wù)樓的物業(yè)為解決這個(gè)問題，提出了2個(gè)方案：

第1個(gè)（笑死人了）電梯擴(kuò)大，可以裝更多的人；電梯大了是好，但公司會(huì)招人，人又多了，再換電梯，再招人...永遠(yuǎn)死循環(huán)。有一個(gè)辦法倒挺好，大家索性不要電梯，直接往下跳，不管2樓的3樓的，肯定解決問題，但肯定會(huì)出問題（第1個(gè)被槍斃掉了）。

第2個(gè)辦法裝2部電梯，一部專門上2樓，另一部專門上3樓。Wonderful！太機(jī)智了，這樣2層樓面的工作人員就互不影響了。明白了否？

數(shù)字地、模擬地互相會(huì)影響不是因?yàn)橐粋€(gè)叫數(shù)字，一個(gè)叫模擬，而是他們用了同一部電梯：地，而這部電梯所用的井道就是我們?cè)?a target="_blank">PCB上布的地線。

模擬回路的電流走這條線，數(shù)字回路的電流也走這條線，本來無可厚非，線布著就是用來導(dǎo)通電流的，可問題出在這根線上有電阻。而且最根本的問題是走這條線的電流要去2個(gè)不同的回路。

假設(shè)一下，有2股電流，數(shù)流、模流同時(shí)從地出發(fā)；有2個(gè)器件，數(shù)字件和模擬件。若2個(gè)回路不分開，數(shù)流模流走到數(shù)字件的接地端前的時(shí)候，損耗的電壓為

V=(數(shù)流+模流)×走線電阻

相當(dāng)于數(shù)字器件的接地端相對(duì)于地端升高了V。數(shù)字器件不滿意了，我承認(rèn)會(huì)升高少許電壓，數(shù)流的那部分我認(rèn)了，但模流的為什么要加在我頭上？同理模擬器件也會(huì)同樣抱怨。

兩個(gè)解決方案：

第1個(gè)：你布的PCB線沒有阻抗，自然不會(huì)引起干擾，就像2、3樓直接往下跳；那是井道最寬的時(shí)候，也就是可以裝一個(gè)無限大的電梯，自然誰都不影響誰；但誰都知道，This is mission impossible。

第2個(gè)：2條回路分開走，數(shù)流、模流分開，既數(shù)地、模地分開。

同理，有時(shí)雖在模擬回路中，但也要分大、小電流回路，就是避免相互干擾。所謂的干擾就是：2個(gè)不同回路中的電流在PCB走線上引起的電壓，這2部分電壓互相疊加而產(chǎn)生的。

下面再具體介紹，簡(jiǎn)單來說，數(shù)字地是數(shù)字電路部分的公共基準(zhǔn)端，即數(shù)字電壓信號(hào)的基準(zhǔn)端；模擬地是模擬電路部分的公共基準(zhǔn)端，模擬信號(hào)的電壓基準(zhǔn)端（零電位點(diǎn)）。

分為數(shù)字地和模擬地的原因

由于數(shù)字信號(hào)一般為矩形波，帶有大量的諧波。如果電路板中的數(shù)字地與模擬地沒有從接入點(diǎn)分開，數(shù)字信號(hào)中的諧波很容易會(huì)干擾到模擬信號(hào)的波形。當(dāng)模擬信號(hào)為高頻或強(qiáng)電信號(hào)時(shí)，也會(huì)影響到數(shù)字電路的正常工作。

模擬電路涉及弱小信號(hào)，但是數(shù)字電路門限電平較高，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，克服的辦法是分開模擬地和數(shù)字地。

存在問題的根本原因是，無法保證電路板上銅箔的電阻為零；在接入點(diǎn)將數(shù)字地和模擬地分開，就是為了將數(shù)字地和模擬地的共地電阻降到最小。

數(shù)字地和模擬地的基本處理原則

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。對(duì)于低頻模擬電路，除了加粗和縮短地線之外，電路各部分采用一點(diǎn)接地是抑制地線干擾的最佳選擇，主要可以防止由于地線公共阻抗而導(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)際地線加長而帶來不利影響，這時(shí)應(yīng)采取分開接地和一點(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，以降低噪聲對(duì)地阻抗；滿接地，即除傳輸信號(hào)的印制線以外，其他部分全作為地線。不要有無用的大面積銅箔。

地線應(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)避免地線環(huán)路。數(shù)字電源和模擬電源最好隔離，地線分開布置，如果有A/D，則只在此處單點(diǎn)共地。低頻中沒有多大影響，但建議模擬和數(shù)字一點(diǎn)接地。高頻時(shí)，可通過磁珠把模擬和數(shù)字地一點(diǎn)共地。

數(shù)字地和模擬地的串接方式

模擬地和數(shù)字地間的串接可以采用四種方式：

用磁珠連接。

用電容連接，利用電容隔直通交的原理。

用電感連接，一般用幾u(yù)H到數(shù)十uH。

用0歐姆電阻連接。

磁珠和零歐姆電阻

一般情況下，用零歐電阻是最佳選擇；可保證直流電位相等；單點(diǎn)接地，限制噪聲；對(duì)所有頻率的噪聲都有衰減作用，零歐也有阻抗，而且電流路徑狹窄，可以限制噪聲電流通過。

磁珠采用在高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結(jié)面成，專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率，等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。它比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時(shí)呈現(xiàn)阻性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高調(diào)頻濾波效果。磁珠對(duì)高頻信號(hào)才有較大阻礙作用，一般規(guī)格有100歐/100mMHZ，它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。鐵氧體磁珠（Ferrite Bead）是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾組件，廉價(jià)、易用，濾除高頻噪聲效果顯著。

鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲（可用于直流和交流輸出），還可廣泛應(yīng)用于其它電路，其體積可以做得很小。特別是在數(shù)字電路中，由于脈沖信號(hào)含有頻率很高的高次諧波，也是電路高頻輻射的主要根源，所以可在這種場(chǎng)合發(fā)揮磁珠的作用。在電路中只要導(dǎo)線穿過它即可。當(dāng)導(dǎo)線中電流穿過時(shí)，鐵氧體對(duì)低頻電流幾乎沒有什么阻抗，而對(duì)較高頻率的電流會(huì)產(chǎn)生較大衰減作用。

電感與磁珠

有一匝以上的線圈習(xí)慣稱為電感線圈，少于一匝（導(dǎo)線直通磁環(huán)）的線圈習(xí)慣稱之為磁珠。電感是儲(chǔ)能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換（消耗）器件，電感多用于電源濾波回路，磁珠多用于信號(hào)回路，用于EMC對(duì)策；磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾，而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問題；電感一般用于電路的匹配和信號(hào)質(zhì)量的控制上，在模擬地和數(shù)字地結(jié)合的地方用磁珠。

作為電源濾波，可以使用電感。磁珠的電路符號(hào)就是電感但是型號(hào)上可以看出使用的是磁珠在電路功能上，磁珠和電感是原理相同的，只是頻率特性不同罷了;磁珠由氧磁體組成，電感由磁心和線圈組成，磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲(chǔ)起來，緩慢的釋放出去。

電感是儲(chǔ)能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換（消耗）器件；電感多用于電源濾波回路，磁珠多用于信號(hào)回路，用于EMC對(duì)策；磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾，而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問題。磁珠是用來吸收超高頻信號(hào)，象一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)器電路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都需要在電源輸入部分加磁珠，而電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過50MHZ。

幾種方法綜述

電容隔直通交，造成浮地。電容不通直流，會(huì)導(dǎo)致壓差和靜電積累，摸機(jī)殼會(huì)麻手。如果把電容和磁珠并聯(lián)，就是畫蛇添足，因?yàn)榇胖橥ㄖ?，電容將失效。串?lián)的話就顯得不倫不類。

電感體積大，雜散參數(shù)多，特性不穩(wěn)定，離散分布參數(shù)不好控制，體積大。電感也是陷波，LC諧振(分布電容)，對(duì)噪點(diǎn)有特效。

磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻陷波器，只對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)的噪聲有抑制作用，如果不能預(yù)知噪點(diǎn)，如何選擇型號(hào)，況且，噪點(diǎn)頻率也不一定固定，故磁珠不是一個(gè)好的選擇。

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)。

總之，關(guān)鍵是模擬地和數(shù)字地要一點(diǎn)接地。建議，不同種類地之間用0歐電阻相連；電源引入高頻器件時(shí)用磁珠；高頻信號(hào)線耦合用小電容；電感用在大功率低頻上。

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