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模拟地、数字地处理方式

 hxcnz 2012-12-28


通常说来,很多资料上都要求数字地和模拟地分开走线并在最后一点接地,但至于为什么要做这个要求,这样做和不这样做有那些弊端和好处?如果弄清楚了问题的实质,那么事情就很好处理了。

理解一、数字地和模拟地要求分开走线是处于模拟信号完整性的要求,我们都知道数字电路往往存在大量的快速门翻转动作,这些动作将造成数字部分的电源上有很大的谐波存在,谐波产生的原因无非是门电路动作的时候,对电源电流的消耗‘申请’是各不相同的,为了帮助理解可以用现实中的电感帮助分析,门电路只有0/1两种状态,对应着电感的通断两种状态,我们很容易明白,在电感两断快速的通断电流将会产生很大量的谐波,当然数字电路肯定不能如此简单等效,如此举例,纯粹是为了帮助没有理解力的初学者理解方便。
理解二、大量的谐波对模拟信号是致命的,这个属于常识问题,不需要做太详细的解释,举例来说,一个模拟信号送给了一个AD芯片采集,如果在这个模拟信号叠加了大量的谐波成分,那么AD采集的结果必然是不准确的,特别是对现在很多高精度的西格玛-迭尔塔型的AD芯片,这个影响可能会更大,因为它对谐波更敏感。
理解三、分开走线和不分开走线谁更好?
没有谁最好的结论,按照电路按模块布局的要求也应该分开走线,但不分开是不是就不行了呢?那肯定也不是,PCB走线其实是一个比写代码更讲究艺术的工作,我个人理解将折中发挥到了极至才是PCB走线的最高境界,但一个折中关系很广,很难用一些东西完全包含,所以能做到信号完整分析就很不错了,对于一个产品来说,你满足了开发的技术要求就可以了,所以如果你没有分开走,但也满足你对信号的要求,那么也是可以的。
理解四、回答LZ的问题
LZ的意思是说,它的模拟地和数字地无法分开,所以无法做到按要求走线。
这是明显的对概念理解不清,分开走线是板上走线,最后总是要汇集到最终的电源,但在汇集之前,有经验的工程师总会做一些特殊的电路防止这两者之间的简单相连,例如数字地部分可能简单处理就可以了,但模拟分支可能要做更多的滤波去噪的电路,至于这些电路怎么做,那估计要根据产品讲了,有一些通用的准则,但这些通用的准则都是一些指导性意见,至于如何实际运用,必须和实际结合起来才有意义。

 举了小例子,有一根管子,中间有一个分叉,两个人喝水,A代表数字那个人,B代表模拟那个人,A喝水的方式比较特别,属于那种大口大口喝水的人,B则属于那种身体不好的人,如果供水不均匀则容易生病,如果供水量非常充足,虽然A喝水的方式很特别,但对水流造成波动可基本忽略,那么此时给B的水可以直接分过去,不需要怎么处理,但如果水的供应不是那么充足,就有可能造成B出现一会喝不上水,一会来的水量又过多的现象,此时就在B的水管前面挖一个巨大的坑,B对着坑喝水,从A分过来的水管对着水坑注水,从而保证B喝水的时候,水是基本均匀的。 水坑就代表你要把从数字地拉过来的电源处理一下的电路部分。

至于模拟地为什么要抱成团,最后和数字地一点接地用这个例子就不大好解释了,呵呵,还是用电子的方式解释:所谓的干扰一般都是因为导线存在等效感抗和等效容抗造成的,如果多点接地,那么模拟地部分的地回路因为数字电路各部分对电流的消耗不同造成各个地回路电平不一致,也不稳定(主要是这个问题,其它如沿变化造成的的传导干扰等也有影响),此时就很难处理了,但如果是一点接地,至少可以保证模拟部分的所有地电势可以基本相同(肯定有个度,各点不可能绝对相同),从而保证模拟信号的电势稳定(因为是需要用模拟地做参考面的啊,地不稳定了,模拟信号想稳定也难啊),然后在一点接地的地方加点电路防止数字部分的干扰串过来,例如,有的人在模拟地和数字地之间接一个很小的电感或者加个磁珠什么的,目的无非都是这样啊。。。

 坑只是举的一个例子,实际中挖坑只是一种方法 但真实的产品中甚至可能采用5种以上的处理手段。。。

一般来说,加个大电容就等同于挖坑,这个电容不要求多高的容值精度,但可要求等效感抗小一点。

 一般常见的处理手段:
1、电源:肯定要提供足够的带载能力了,电源质量不好,将会给后面的处理带来很多麻烦
2、PCB走线:模拟地、数字地分开,最后一点接地,我个人建议数字VDD和模拟的VCC也最后按照这个原则大致分一分。
3、数字地和模拟地之间接一个小电感,这样可以顶住数字电路因为门翻转造成的大量谐波传导过来。
4、足够大的稳压电容,这就类似挖坑了啊
5、模拟部分需要足够的滤波电容,能将一定范围内高次谐波滤掉
6、给模拟供电的VCC先经过一个小磁珠
7、优良的PCB整体布线,尽量降低地弹的等效阻抗
8、器件的合理布局,防止一些产生热的功率元件影响一些对温度敏感的器件,例如7805这样的器件应该离电压基准这样的器件一定距离,以保证散热。
9、。。。。。。

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