【導(dǎo)讀】對(duì)于所有模擬設(shè)計(jì)而言，接地都是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，而在基于 PCB的電路中，適當(dāng)實(shí)施接地也具有同等重要的意義。數(shù)字和模擬設(shè)計(jì)工程師傾向于從不同角度考察混合信號(hào)器件， 本期為大家介紹一個(gè)適用于大多數(shù)混合信號(hào)器件的一般接地原則。
對(duì)于所有模擬設(shè)計(jì)而言，接地都是一個(gè)不容忽視的問(wèn)題，而在基于 PCB的電路中，適當(dāng)實(shí)施接地也具有同等重要的意義。數(shù)字和模擬設(shè)計(jì)工程師傾向于從不同角度考察混合信號(hào)器件， 本期為大家介紹一個(gè)適用于大多數(shù)混合信號(hào)器件的一般接地原則。
為什么需要單獨(dú)的數(shù)字地，模擬地？
數(shù)字電路具有噪聲，飽和邏輯（例如TTL和CMOS）在開(kāi)關(guān)過(guò)程中會(huì)短暫地從電源吸入大電流。但由于邏輯級(jí)的抗擾度可達(dá)數(shù)百毫伏以上，因而通常對(duì)電源去耦的要求不高。相反，模擬電路非常容易受噪聲影響，包括在電源軌和接地軌上。因此，為了防止數(shù)字噪聲影響模擬性能，應(yīng)該把模擬電路和數(shù)字電路分開(kāi)。這種分離涉及到接地回路和電源軌的分開(kāi)，對(duì)混合信號(hào)系統(tǒng)而言可能比較麻煩。
然而，如果高精度混合信號(hào)系統(tǒng)要充分發(fā)揮性能，則必須具有單獨(dú)的模擬地和數(shù)字地以及單獨(dú)電源，這一點(diǎn)至關(guān)重要。事實(shí)上，雖然有些模擬電路采用+5V單電源供電運(yùn)行，但并不意味著該電路可以與微處理器、動(dòng)態(tài)RAM、電扇或其他高電流設(shè)備共用相同+5V高噪聲電源。模擬部分必須使用此類(lèi)電源以最高性能運(yùn)行，而不只是保持運(yùn)行。這一差別必然要求我們對(duì)電源軌和接地接口給予高度注意。
請(qǐng)注意，系統(tǒng)中的模擬地和數(shù)字地必須在某個(gè)點(diǎn)相連，以便讓信號(hào)都參考相同的電位。這個(gè)星點(diǎn)（也稱(chēng)為模擬/數(shù)字公共點(diǎn)）要精心選擇，確保數(shù)字電流不會(huì)流入系統(tǒng)模擬部分的地。在電源處設(shè)置公共點(diǎn)通常比較便利。
關(guān)于AGND和DGND引腳
許多ADC和DAC都有單獨(dú)的“模擬地”(AGND）和“數(shù)字地”（DGND）引腳。在設(shè)備數(shù)據(jù)手冊(cè)上，通常建議用戶(hù)在器件封裝處將這些引腳連在一起。這點(diǎn)似乎與要求在電源處連接模擬地和數(shù)字地的建議相沖突；如果系統(tǒng)具有多個(gè)轉(zhuǎn)換器，這點(diǎn)似乎與要求在單點(diǎn)處連接模擬地和數(shù)字地的建議相沖突。
其實(shí)并不存在沖突。這些引腳的“模擬地”和“數(shù)字地”標(biāo)記是指引腳所連接到的轉(zhuǎn)換器內(nèi)部部分，而不是引腳必須連接到的系統(tǒng)地。對(duì)于ADC，這兩個(gè)引腳通常應(yīng)該連在一起，然后連接到系統(tǒng)的模擬地。由于轉(zhuǎn)換器的模擬部分無(wú)法耐受數(shù)字電流經(jīng)由焊線流至芯片時(shí)產(chǎn)生的壓降，因此無(wú)法在IC封裝內(nèi)部將二者連接起來(lái)。但它們可以在外部連在一起。
ADC的接地連接
下圖顯示了ADC的接地連接這一概念。這樣的引腳接法會(huì)在一定程度上降低轉(zhuǎn)換器的數(shù)字噪聲抗擾度，降幅等于系統(tǒng)數(shù)字地和模擬地之間的共模噪聲量。但是，由于數(shù)字噪聲抗擾度經(jīng)常在數(shù)百或數(shù)千毫伏水平，因此一般不太可能有問(wèn)題。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的AGND和DGND引腳應(yīng)返回到系統(tǒng)模擬地。
模擬噪聲抗擾度只會(huì)因轉(zhuǎn)換器本身的外部數(shù)字電流流入模擬地而降低。這些電流應(yīng)該保持很小，通過(guò)確保轉(zhuǎn)換器輸出沒(méi)有高負(fù)載，可以最大程度地減小電流。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的好方法是在ADC輸出端使用低輸入電流緩沖器，例如CMOS緩沖器–寄存器IC。
如果轉(zhuǎn)換器的邏輯電源利用一個(gè)小電阻隔離，并且通過(guò)0.1μF(100nF)電容去耦到模擬地，則轉(zhuǎn)換器的所有快速邊沿?cái)?shù)字電流都將通過(guò)該電容流回地，而不會(huì)出現(xiàn)在外部地電路中。如果保持低阻抗模擬地，而能夠充分保證模擬性能，那么外部數(shù)字地電流所產(chǎn)生的額外噪聲基本上不會(huì)構(gòu)成問(wèn)題。
