模拟地和数字地

 

只要是地，最终都要接到一起，然后入大地。如果不连在一起就是“浮地”，存在压差，容易积累电荷，造成静电。地是参考0电位，所有电压都是参考地得出的。地的标准要一致，故各种地应短接在一起。人们认为大地能够吸收所有的电荷，始终维持稳定，是最终的地参考点。虽然有些板子没有接大地，但是发电厂是接大地的，板子上的电源最终还是会返回发电厂入地的。

模拟电路设计弱小信号，但是数字电路门限电平较高，对电源的要求就比模拟电路低些。既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，使模拟电路的小信号指标变差，克服的办法是分开模拟地和数字地。

对于低频模拟电路，除了加粗和缩短地线之外，电路各部分采用一点接地是抑制地线干扰的最佳选择，主要可以防止由于地线公共阻抗而导致的部件之间相互干扰。

而对于高频电路和数字电路，由于这时地线的电感效应影响会更大，一点接地会导致实际地线加长而带来不利影响，这时应采取分开接地和一点接地相结合的方式。

另外对于高频电路还要考虑如何抑制高频辐射噪声，方法是尽可能加粗地线，以降低噪声地阻抗；满接地，即除传输信号的印制线以外，其他部分全作为地线。不要有无用的大面积铜箔。

地线应构成环路，以防止产生高频辐射噪声，但环路所包围的面积不可大，以免仪器处于强磁场中时，产生感应电流。但如果只是低频电路，则应避免地线环路。数字电源和模拟电源最好隔离，地线分开布置，如果有A/D，则只在此单点共地。

低频中没有多大的影响，但建议模拟和数字一点接地。高频时，可通过磁珠把模拟地和数字地一点共地。

如果把模拟地和数字地大面积直接相连，会导致相互干扰。不短接又不妥，理由如上。有四种方法解决此问题：1.用磁珠连接2.用电容连接3.用电感连接4.用0欧姆电阻连接。

磁珠的等效电路相当于带阻滤波器，只对某个频点的噪声有显著的抑制作用，使用时需要先估计噪声频率，以便选用适当型号。对于频率不确定或无法预知的情况，磁珠不合。

电容隔直阻交，造成浮地。

电感体积大，杂散参数多，不稳定。

0欧姆电阻相当于很窄的电流通路能够有效的抑制环路电流，使噪声得到抑制。电阻在所有频带上都有衰减作用（0欧姆电阻也有阻抗），这点比磁珠强。当分割电地平面后，造成信号最短回流路径断裂，此时信号回路不得不绕道，形成很大的环路面积，电场和磁场的影响就变强了，容易干扰/被干扰。在分割区上跨接0欧姆电阻，可以提供较短的回流路径，减小干扰。

1.       正确选择单点和多点接地

低频电路中，信号的频率小于1MHz，它的布线和器件间的电感影响较小，而接地电路形成的环路对干扰影响较大，因而应采用一点接地。当信号工作频率大于10MHz时，地线阻抗变得很大，此时应尽量降低地线阻抗，应采用就近多点接地。当工作频率在1-10MHz时，如果采用一点接地，其地线长度不应超过波长的1/20，否则就应该采用多点接地法。

2.       将数字电路和模拟电路分开

电路板上既有高速逻辑电路，又有线性电路，应使它们尽量分开，而两者的地线不要相混，分别与电源端地线相连。要尽量加大线性电路的接地面积。

3.       尽量加粗接地线

若接地线很细，接地电平随电流的变化而变化，导致电子设备的定时信号电平不稳，抗噪声性能变坏。因此，应将接地线尽量加粗，使它能通过三倍于印制电路板的允许电流。如有可能，接地线的宽度应大于3mm。

4.       将接地线构成闭合环路

设计只由数字电路组成的印制电路板的地线系统时，将接地线做成闭环路可以明显的提高抗噪声能力。其原因在于：印制电路板上有很多集成电路元件，尤其遇有耗电多的元件时，因受地线粗细的限制，会在地结上产生较大的电位差，引起抗噪声能力下降，若将接地结构成回路，则会缩小电位差值，提高电子设备的抗噪声能力.

数字地和模拟地处理的基本原则如下：

1.       模拟地和数字地之间连接

（1）       模拟地和数字地之间串联的电感一般用几uH到数十uH。

（2）       用0欧姆电阻式最佳选择：可以保证电流电位相等；点接地（限制噪声）；对所有频率的噪声都有衰减作用；电流路径狭窄，可以限制噪声电流通过。

（3）       磁珠相当于带阻陷波器，只对某一频点的噪声有限制作用如果不能预知噪声点，并且噪声频率也不一定固定，磁珠就不是一个好的选择。

（4）       电容不同直流，会导致压差和静电积累，摸机会麻手。

（5）       电感特性不稳定，离散分布参数不好控制，体积大。电感也是陷波，LC谐振（分布电容），对噪声有特效。

总之，关键是模拟地和数字地要一点接地。

建议，不同种类地之间用0欧姆电阻相连；电源引入高频器件时用磁珠；高频信号线耦合用小电容，电感用在大功率低频上。

2.       磁珠

采用在高频段具有良好阻抗特性的铁氧体材料烧结而成，专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具有吸收静电脉冲的能力。

主要参数：

标称值：因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的，阻抗的单位也是欧姆，一般以100MHz为标准，比如2012B601，就是指在100MHz的时候磁珠的阻抗为600欧姆。

额定电流：额定电流是指能保证电路正常工作允许通过的电流。

3.       电感与磁珠的区别：

有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈，少于1匝（导线直通磁珠）的线圈习惯称之为磁珠；

电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件；

电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策；

磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则重于抑制传导性干扰。两者都可用于处理EMC、EMI问题；

电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上，在模拟和数字结合的地方用磁珠。

磁珠有很高的电阻率和磁导率，他等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。 他比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提高调频滤波效果。
作为电源滤波，可以使用电感。磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使用的是磁珠在电路功能上，磁珠和电感是原理相同的，只是频率特性不同罢了
磁珠由氧磁体组成，电感由磁心和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去。
磁珠对高频信号才有较大阻碍作用，一般规格有100欧/100mMHZ ,它在低频时电阻比电感小得多。
铁氧体磁珠 (Ferrite Bead) 是目前应用发展很快的一种抗干扰组件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显着。
在电路中只要导线穿过它即可（我用的都是象普通电阻模样的，导线已穿过并胶合，也有表面贴装的形式，但很少见到卖的）。当导线中电流穿过时，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。高频电流在其中以热量形式散发，其等效电路为一个电感和一个电阻串联，两个组件的值都与磁珠的长度成比例。磁珠种类很多，制造商应提供技术指标说明，特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。
有的磁珠上有多个孔洞，用导线穿过可增加组件阻抗（穿过磁珠次数的平方），不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的多，而用多串联几个磁珠的办法会好些。
铁氧体是磁性材料，会因通过电流过大而产生磁饱和，导磁率急剧下降。大电流滤波应采用结构上专门设计的磁珠，还要注意其散热措施。
铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声（可用于直流和交流输出），还可广泛应用于其它电路，其体积可以做得很小。特别是在数字电路中，由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，所以可在这种场合发挥磁珠的作用。
铁氧体磁珠还广泛应用于信号电缆的噪声滤除。
以常用于电源滤波的HH-1H3216-500为例，其型号各字段含义依次为：
HH 是其一个系列，主要用于电源滤波，用于信号线是HB系列；
1 表示一个组件封装了一个磁珠，若为4则是并排封装四个的；
H 表示组成物质，H、C、M为中频应用（50－200MHz），
T低频应用（50MHz），S高频应用（200MHz）；
3216 封装尺寸，长3.2mm，宽1.6mm，即1206封装；
500 阻抗（一般为100MHz时），50 ohm。
其产品参数主要有三项：
阻抗[Z]@100MHz (ohm) : Typical 50, Minimum 37;
直流电阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20;
额定电流Rated Current (mA): 2500.