文件名称：数字地和模拟地的分割
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更新时间：2012-12-27 09:27:27
数字地和模拟地的分割
数字地和模拟地的分割 如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢？在设计之前必须了解电磁兼容(EMC)的 两个基本原则： 第一个原则是尽可能减小电流环路的面积； 第二个原则是系统只采用一个参考面。 相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线(注：小型偶极天线的辐射 大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比)；而如果信号不能通过尽可能小的环路 返回，就可能形成一个大的环状天线(注：小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路 的电流大小以及频率的平方成正比)。在设计中要尽可能避免这两种情况。 有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之 间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突 出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串 扰都会急剧增加。在PCB 设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI 问题。 如图1 所示，我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两个地之间的间隙，信号电流 的返回路径是什么呢？假定被分割的两个地在某处连接在一起(通常情况下是在某个位置单 点连接)，在这种情况下，地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐 射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平模拟电流，该电流很容易受到外部信号干扰。 最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。另外，模拟 地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。 了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅 仅考虑信号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割，而且 必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的 连接桥，然后通过该连接桥布线。这样，在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流 回流路径，从而使形成的环路面积很小。 采用光隔离器件或变压器也能实现信号跨越分割间隙。对于前者，跨越分割间隙的是光 信号；在采用变压器的情况下，跨越分割间隙的是磁场。还有一种可行的办法是采用差分信 号：信号从一条线流入从另外一条信号线返回，这种情况下，不需要地作为回流路径。 要深入探讨数字信号对模拟信号的干扰必须先了解高频电流的特性。高频电流总是选择 阻抗最小(电感最低)，直接位于信号下方的路径，因此返回电流会流过邻近的电路层，而无 论这个临近层是电源层还是地线层。 ........