1 為(wei) 什麽(me) 要分數字地和模擬地　

　因為(wei) 雖然是相通的，但是距離長了，就不一樣了。同一條導線，不同的點的電壓可能是不一樣的，特別是電流較大時。因為(wei) 導線存在著電阻，電流流過時就會(hui) 產(chan) 生壓降。另外，導線還有分布電感，在交流信號下，分布電感的影響就會(hui) 表現出來。所以我們(men) 要分成數字地和模擬地，因為(wei) 數字信號的高頻噪聲很大，如果模擬地和數字地混合的話，就會(hui) 把噪聲傳(chuan) 到模擬部分，造成幹擾。如果分開接地的話，高頻噪聲可以在電源處通過濾波來隔離掉。但如果兩(liang) 個(ge) 地混合，就不好濾波了。

　　2 如何設計數字地和模擬地

　　在設計之前必須了解電磁兼容(EMC)的兩(liang) 個(ge) 基本原則：第一個(ge) 原則是盡可能減小電流環路的麵積;第二個(ge) 原則是係統隻采用一個(ge) 參考麵。相反，如果係統存在兩(liang) 個(ge) 參考麵，就可能形成一個(ge) 偶極天線(注：小型偶極天線的輻射大小與(yu) 線的長度、流過的電流大小以及頻率成正比);而如果信號不能通過盡可能小的環路返回，就可能形成一個(ge) 大的環狀天線(注：小型環狀天線的輻射大小與(yu) 環路麵積、流過環路的電流大小以及頻率的平方成正比)。在設計中要盡可能避免這兩(liang) 種情況。

　　有人建議將混合信號電路板上的數字地和模擬地分割開，這樣能實現數字地和模擬地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在複雜的大型係統中問題尤其突出。最關(guan) 鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號串擾都會(hui) 急劇增加。在PCB設計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產(chan) 生EMI問題。

　我們(men) 采用上述分割方法，而且信號線跨越了兩(liang) 個(ge) 地之間的間隙，信號電流的返回路徑是什麽(me) 呢?假定被分割的兩(liang) 個(ge) 地在某處連接在一起(通常情況下是在某個(ge) 位置單點連接)，在這種情況下，地電流將會(hui) 形成一個(ge) 大的環路。流經大環路的高頻電流會(hui) 產(chan) 生輻射和很高的地電感，如果流過大環路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號幹擾。最糟糕的是當把分割地在電源處連接在一起時，將形成一個(ge) 非常大的電流環路。另外，模擬地和數字地通過一個(ge) 長導線連接在一起會(hui) 構成偶極天線。

　　了解電流回流到地的路徑和方式是優(you) 化混合信號電路板設計的關(guan) 鍵。許多設計工程師僅(jin) 僅(jin) 考慮信號電流從(cong) 哪兒(er) 流過，而忽略了電流的具體(ti) 路徑。如果必須對地線層進行分割，而且必須通過分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進行單點連接，形成兩(liang) 個(ge) 地之間的連接橋，然後通過該連接橋布線。這樣，在每一個(ge) 信號線的下方都能夠提供一個(ge) 直接的電流回流路徑，從(cong) 而使形成的環路麵積很小。

　　采用光隔離器件或變壓器也能實現信號跨越分割間隙。對於(yu) 前者，跨越分割間隙的是光信號;在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁場。還有一種可行的辦法是采用差分信號：信號從(cong) 一條線流入從(cong) 另外一條信號線返回，這種情況下，不需要地作為(wei) 回流路徑。

　　要深入探討數字信號對模擬信號的幹擾必須先了解高頻電流的特性。高頻電流總是選擇阻抗最小(電感最低)，直接位於(yu) 信號下方的路徑，因此返回電流會(hui) 流過鄰近的電路層，而無論這個(ge) 臨(lin) 近層是電源層還是地線層。在實際工作中一般傾(qing) 向於(yu) 使用統一地，而將PCB分區為(wei) 模擬部分和數字部分。模擬信號在電路板所有層的模擬區內(nei) 布線，而數字信號在數字電路區內(nei) 布線。在這種情況下，數字信號返回電流不會(hui) 流入到模擬信號的地。

　　隻有將數字信號布線在電路板的模擬部分之上或者將模擬信號布線在電路板的數字部分之上時，才會(hui) 出現數字信號對模擬信號的幹擾。出現這種問題並不是因為(wei) 沒有分割地，真正的原因是數字信號的布線不適當。 PCB設計采用統一地，通過數字電路和模擬電路分區以及合適的信號布線，通常可以解決(jue) 一些比較困難的布局布線問題，同時也不會(hui) 產(chan) 生因地分割帶來的一些潛在的麻煩。在這種情況下，元器件的布局和分區就成為(wei) 決(jue) 定設計優(you) 劣的關(guan) 鍵。如果布局布線合理，數字地電流將限製在電路板的數字部分，不會(hui) 幹擾模擬信號。對於(yu) 這樣的布線必須仔細地檢查和核對，要保證百分之百遵守布線規則。否則，一條信號線走線不當就會(hui) 徹底破壞一個(ge) 本來非常不錯的電路板。

　　在將A/D轉換器的模擬地和數字地管腳連接在一起時，大多數的A/D轉換器廠商會(hui) 建議：將AGND和DGND管腳通過最短的引線連接到同一個(ge) 低阻抗的地上(注：因為(wei) 大多數A/D轉換器芯片內(nei) 部沒有將模擬地和數字地連接在一起，必須通過外部管腳實現模擬和數字地的連接)，任何與(yu) DGND連接的外部阻抗都會(hui) 通過寄生電容將更多的數字噪聲耦合到IC內(nei) 部的模擬電路上。按照這個(ge) 建議，需要把A/D轉換器的AGND和DGND管腳都連接到模擬地上，但這種方法會(hui) 產(chan) 生諸如數字信號去耦電容的接地端應該接到模擬地還是數字地的問題。

　　如果係統僅(jin) 有一個(ge) A/D轉換器，上麵的問題就很容易解決(jue) 。如圖3中所示，將地分割開，在A/D轉換器下麵把模擬地和數字地部分連接在一起。采取該方法時，必須保證兩(liang) 個(ge) 地之間的連接橋寬度與(yu) IC等寬，並且任何信號線都不能跨越分割間隙。

　　如果係統中A/D轉換器較多，例如10個(ge) A/D轉換器怎樣連接呢?如果在每一個(ge) A/D轉換器的下麵都將模擬地和數字地連接在一起，則產(chan) 生多點相連，模擬地和數字地之間的隔離就毫無意義(yi) 。而如果不這樣連接，就違反了廠商的要求。

　　最好的辦法是開始時就用統一地。如圖4所示，將統一的地分為(wei) 模擬部分和數字部分。這樣的布局布線既滿足了IC器件廠商對模擬地和數字地管腳低阻抗連接的要求，同時又不會(hui) 形成環路天線或偶極天線而產(chan) 生EMC問題。

　　如果對混合信號PCB設計采用統一地的做法心存疑慮，可以采用地線層分割的方法對整個(ge) 電路板布局布線，在設計時注意盡量使電路板在後邊實驗時易於(yu) 用間距小於(yu) 1/2英寸的跳線或0歐姆電阻將分割地連接在一起。注意分區和布線，確保在所有的層上沒有數字信號線位於(yu) 模擬部分之上，也沒有任何模擬信號線位於(yu) 數字部分之上。而且，任何信號線都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙。要測試該電路板的功能和EMC性能，然後將兩(liang) 個(ge) 地通過0歐姆電阻或跳線連接在一起，重新測試該電路板的功能和EMC性能。比較測試結果，會(hui) 發現幾乎在所有的情況下，統一地的方案在功能和EMC性能方麵比分割地更優(you) 越。

　　分割地的方法還有用嗎?

　　在以下三種情況可以用到這種方法：一些醫療設備要求在與(yu) 病人連接的電路和係統之間的漏電流很低;一些工業(ye) 過程控製設備的輸出可能連接到噪聲很大而且功率高的機電設備上;另外一種情況就是在PCB的布局受到特定限製時。#p#分頁標題#e#

　　在混合信號PCB板上通常有獨立的數字和模擬電源，能夠而且應該采用分割電源麵。但是緊鄰電源層的信號線不能跨越電源之間的間隙，而所有跨越該間隙的信號線都必須位於(yu) 緊鄰大麵積地的電路層上。在有些情況下，將模擬電源以PCB連接線而不是一個(ge) 麵來設計可以避免電源麵的分割問題。