數(shù)字地和模擬地都是地，為啥要將它們分開呢？

數(shù)字地和模擬地都是地，兩者本質(zhì)是一致的，但我們?yōu)樯兑獙⑺鼈兎珠_呢？

先聽一個故事吧。在我們公司的商務(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，平時人少的時候還好辦，上2樓上3樓互不影響。但每天上下班的時候就不得了了，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樓搞模擬的人要下樓，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)為解決這個問題，提出了2個方案：第1個：電梯擴大，可以裝更多的人，電梯大了是好，但公司會招人，人又多了，再換電梯，再招人...永遠死循環(huán)。有一個辦法到挺好，大家索性不要坐電梯，直接往下跳，不管2樓的3樓的，肯定解決問題，但肯定會出問題。第2個：裝2部電梯，一部專門上2樓，另一部專門上3樓，Wonderful！太機智了，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、模擬地互相會影響不是因為一個叫數(shù)字，一個叫模擬，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在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個不同的回路，假設(shè)一下：有2股電流，數(shù)流，模流同時從地出發(fā)，有2個器件：數(shù)字件和模擬件。若2個回路不分開，數(shù)流模流走到數(shù)字件的接地端前的時候，損耗的電壓為V=（數(shù)流+模流）X走線電阻。相當(dāng)于數(shù)字器件的接地端相對于地端升高了V，數(shù)字器件不滿意了，我承認會升高少許電壓，數(shù)流的那部分我認了，但模流的為什么要加在我頭上？同理模擬器件也會同樣抱怨！

兩個解決方案：第1個：你布的PCB線沒有阻抗，自然不會引起干擾，就像2、3樓直接往下跳，那是井道最寬的時候，也就是可以裝一個無限大的電梯，自然誰都不影響誰，但誰都知道，This is mission impossible！第2個：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。

簡單來說：數(shù)字地是數(shù)字電路部分的公共基準端，即數(shù)字電壓信號的基準端；模擬地是模擬電路部分的公共基準端，模擬信號的電壓基準端（零電位點）。

01、分數(shù)字地和模擬地的原因

由于數(shù)字信號一般為矩形波，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分開，數(shù)字信號中的諧波很容易會干擾到模擬信號的波形。當(dāng)模擬信號為高頻或強電信號時，也會影響到數(shù)字電路的正常工作。模擬電路涉及弱小信號，但是數(shù)字電路門限電平較高，對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)生的噪聲會影響模擬電路，使模擬電路的小信號指標變差，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。

02、數(shù)字地和模擬地處理的基本原則

如果把模擬地和數(shù)字地大面積直接相連的話，會導(dǎo)致互相干擾，不短接又不妥。

對于低頻模擬電路，除了加粗和縮短地線之外，電路各部分采用單點接地，這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。而對于高頻電路和數(shù)字電路，由于這時地線的電感效應(yīng)影響會更大，一點接地會導(dǎo)致實際地線加長而帶來不利影響，這時應(yīng)采取分開接地和單點接地相結(jié)合的方式。

另外對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，以降低噪聲對地阻抗；滿接地，即除傳輸信號的印制線以外，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，以免儀器處于強磁場中時，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，則只在此處單點共地。

低頻中沒有多大影響，但建議模擬和數(shù)字單點接；高頻時，可通過磁珠把模擬和數(shù)字地單點共地。

03、解決方法

模擬地和數(shù)字地間的串接可以采用四種方式：1）用磁珠連接；2）用電容連接，利用電容隔直通交的原理；3）用電感連接，一般用幾uH到數(shù)十uH；4）用0歐姆電阻連接。

一般情況下，用0歐電阻是最佳選擇：1）可保證直流電位相等；2）單點接地，限制噪聲；3）對所有頻率的噪聲都有衰減作用，0歐電阻也有阻抗，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。磁珠對高頻信號才有較大阻礙作用，一般規(guī)格有100歐/100MHz，它在低頻時電阻比電感小得多。

鐵氧體磁珠是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾組件，廉價、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，鐵氧體對低頻電流幾乎沒有什么阻抗，而對較高頻率的電流會產(chǎn)生較大衰減作用。

04、電感與磁珠的區(qū)別

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，磁珠多用于信號回路，用于EMC對策。

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。磁珠的電路符號就是電感，但是型號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，磁珠把交流信號轉(zhuǎn)化為熱能，電感把交流存儲起來，緩慢的釋放出去。

電感是儲能元件，而磁珠是能量轉(zhuǎn)換（消耗）器件；電感多用于電源濾波回路，磁珠多用于信號回路，用于EMC對策；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，像一些RF電路、PLL、振蕩電路、含超高頻存儲器電路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。

05、幾種方法綜述

電容隔直通交，造成浮地，電容不通直流，會導(dǎo)致壓差和靜電積累，摸機殼會麻手。如果把電容和磁珠并聯(lián)，那就是畫蛇添足，因為磁珠通直，電容將失效，串聯(lián)的話就顯得不倫不類。電感體積大，雜散參數(shù)多，特性且不穩(wěn)定，離散分布參數(shù)不好控制，電感也是陷波，LC諧振對噪點有特效。磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻陷波器，只對某個頻點的噪聲有抑制作用，如果不能預(yù)知噪點，如何選擇型號，況且，噪點頻率也不一定固定，故磁珠不是一個好的選擇。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），這點比磁珠強。

總之，模擬地和數(shù)字地要單點共地，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用磁珠；高頻信號線耦合用小電容；電感用在大功率低頻上。






審核編輯：劉清