混合信號接地的困惑根源：對多卡系統(tǒng)應用單卡接地概念

圖 10 中顯示了適合高數(shù)字電流混合信號器件的替代接地方法?；旌闲盘柶骷?AGND 連接到模擬接地層，而 DGND 連接到數(shù)字接地層。數(shù)字電流與模擬接地層隔離開，但兩個接地層之間的噪聲直接施加于器件的 AGND 與 DGND 引腳間。為了成功實施本方法，混合信號器件內(nèi)的模擬和數(shù)字電路必須充分隔離。AGND 與 DGND 引腳間的噪聲不得過大，以免降低內(nèi)部噪聲裕量或損壞內(nèi)部模擬電路。

圖 10 顯示可選用連接模擬和數(shù)字接地層的肖特基二極管（背對背）或鐵氧體磁珠。肖特基二極管可防止兩層兩端產(chǎn)生大的直流電壓或低頻電壓尖峰。如果這些電壓超過 300 mV，由于是直接出現(xiàn)在 AGND 與 DGND 引腳之間，可能會損壞混合信號 IC。作為背對背肖特基二極管的備選器件，鐵氧體磁珠可在兩層間提供直流連接，但在高于數(shù) MHz 的頻率下，由于鐵氧體磁珠變?yōu)?a target="_blank">電阻，會導致隔離。這可以保護 IC 不受 AGND 與 DGND 間直流電壓的影響，但鐵氧體磁珠提供的直流連接可能引入無用的直流接地環(huán)路，因此可能不適合高分辨率系統(tǒng)。

AGND 與 DGND 引腳在具有高數(shù)字電流的特殊 IC 內(nèi)分離時，必要時應設法將其連接在一起。通過跳線和 / 或帶線選項，可以嘗試兩種方法，看看哪一種提供最佳的系統(tǒng)整體性能。

11.接地總結

沒有單一一種接地方法能始終保證最佳性能！本節(jié)根據(jù)所考慮的特定混合信號器件特性提出了幾種可能的選項。但在實施初始 PC 板布局時，提供盡可能多的選項會很有幫助。

PC 板必須至少有一層專用于接地層！初始電路板布局應提供非重疊的模擬和數(shù)字接地層，如果需要，應在數(shù)個位置提供焊盤和過孔，以便安裝背對背肖特基二極管或鐵氧體磁珠。提供焊盤和過孔也極為重要，需要時可以使用跳線將模擬和數(shù)字接地層連接在一起。目前，預測“多點”（單一接地層）還是“星型”接地（分離模擬和數(shù)字接地層）方法能提供最佳整體系統(tǒng)性能還很困難 ；因此，可能需要使用跳線對最終 PC 板做一些實驗。

如有疑問，最好先分離模擬和數(shù)字接地層，以后再用跳線連接，而不要一開始就使用單一接地層，隨后又嘗試分離！

混合信號系統(tǒng)的一些通用 PC 板布局指南

很顯然，多關注系統(tǒng)布局并防止不同信號彼此干擾，可以將噪聲降至最低。高電平模擬信號應與低電平模擬信號隔離開，兩者均應遠離數(shù)字信號。我們曾經(jīng)在波形采樣和重建系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)，采樣時鐘（數(shù)字信號）與模擬信號一樣易受噪聲影響，同時與數(shù)字信號一樣易于產(chǎn)生噪聲，因此必須與模擬和數(shù)字系統(tǒng)都隔離開。如果在時鐘分配中使用時鐘驅(qū)動器封裝，應僅有一個頻率時鐘通過單個封裝。在相同封裝內(nèi)的不同頻率時鐘間共享驅(qū)動器將產(chǎn)生過度抖動和串擾，并降低性能。

在敏感信號穿過的地方，接地層可發(fā)揮屏蔽作用。圖 11 顯示了數(shù)據(jù)采集電路板的良好布局，其中所有敏感區(qū)域彼此隔離開，且信號路徑盡量短。雖然實際布局不太可能如此整潔，但基本原則仍然適用。

執(zhí)行信號和電源連接時有許多要點需要考慮。首先，連接器是系統(tǒng)中所有信號傳輸線必須并行的幾個位置之一，因此它們必須與接地引腳分開（形成法拉第屏蔽），以減少其間的耦合。

多接地引腳非常重要還有另一原因 ：可以降低電路板與背板間結點的接地阻抗。對于新電路板，PCB 連接器單一引腳的接觸電阻很低（10 mΩ 水平），隨著電路板變舊，接觸電阻可能升高，電路板性能會受影響。因此通過分配額外 PCB 連接器引腳來增加接地連接很有必要（PCB 連接器上所有引腳中約 30 至 40% 應為接地引腳）。出于同樣的理由，每個電源連接應有數(shù)個引腳，當然數(shù)量不必像接地引腳一樣多。

審核編輯：湯梓紅