如何區分數字地和模擬地及信號地、交流地、直流地又怎么破

2021-10-12  by:CAE仿真在線(xiàn)  來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

二者本質(zhì)是一直的,就是數字地和模擬地都是地。

要明白為什么要分開(kāi),先聽(tīng)一個(gè)故事;我們公司的商務(wù)樓,2樓是搞模擬的,3樓是搞數字的,整幢樓只有一部電梯,平時(shí)人少的時(shí)候還好辦,上2樓上3樓互不影響,但每天上下班的時(shí)候就不得了了,人多得很,搞數字的要上3樓,總是被2樓搞模擬的人影響,2樓模擬的人要下樓,總是要等電梯上了3樓再下來(lái),互相影響很是麻煩,商務(wù)樓的物業(yè)為解決這個(gè)問(wèn)題,提出了2個(gè)方案:第1個(gè)(笑死人了)電梯擴大,可以裝更多的人,電梯大了是好,但公司會(huì )招人,人又多了,再換電梯,再招人...永遠死循環(huán),有一個(gè)辦法到挺好,大家索性不要電梯,直接往下跳,不管2樓的3樓的,肯定解決問(wèn)題,但肯定會(huì )出問(wèn)題(第1個(gè)被槍斃掉了)。第2個(gè)辦法裝2部電梯,一部專(zhuān)門(mén)上2樓,另一部專(zhuān)門(mén)上3樓,Wonderful!太機智了,這樣2層樓面的工作人員就互不影響了。明白了否?


 數字地、模擬地互相會(huì )影響不是因為一個(gè)叫數字,一個(gè)叫模擬,而是他們用了同一部電梯:地,而這部電梯所用的井道就是我們在PCB上布得地線(xiàn)。模擬回路的電流走這條線(xiàn),數字回路的電流也走這條線(xiàn),本來(lái)無(wú)可厚非,線(xiàn)布著(zhù)就是用來(lái)導通電流的,可問(wèn)題出在這根線(xiàn)上有電阻!而且最根本的問(wèn)題是走這條線(xiàn)的電流要去2個(gè)不同的回路。假設一下:有2股電流,數流,模流同時(shí)從地出發(fā)。有2個(gè)器件:數字件和模擬件。若2個(gè)回路不分開(kāi),數流模流走到數字件的接地端前的時(shí)候,損耗的電壓為V=(數流+模流)X走線(xiàn)電阻,相當于數字器件的接地端相對于地端升高了V,數字器件不滿(mǎn)意了,我承認會(huì )升高少許電壓,數流的那部分我認了,但模流的為什么要加在我頭上?同理模擬器件也會(huì )同樣抱怨!

 

兩個(gè)解決方案:

第1個(gè):你布的PCB線(xiàn)沒(méi)有阻抗,自然不會(huì )引起干擾,就像2、3樓直接往下跳,那是井道最寬的時(shí)候,也就是可以裝一個(gè)無(wú)限大的電梯,自然誰(shuí)都不影響誰(shuí),但誰(shuí)都知道,This is mission impossible!

第2個(gè):2條回路分開(kāi)走,數流,模流分開(kāi),既數地、模地分開(kāi)。


 同理,有時(shí)雖在模擬回路中,但也要分大、小電流回路,就是避免相互干擾。所謂的干擾就是:2個(gè)不同回路中的電流在PCB走線(xiàn)上引起的電壓,這2部分電壓互相疊加而產(chǎn)生的。 

 下面再具體介紹,簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō),數字地是數字電路部分的公共基準端,即數字電壓信號的基準端;模擬地是模擬電路部分的公共基準端,模擬信號的電壓基準端(零電位點(diǎn))。


一、分為數字地和模擬地的原因
 由于數字信號一般為矩形波,帶有大量的諧波。如果電路板中的數字地與模擬地沒(méi)有從接入點(diǎn)分開(kāi),數字信號中的諧波很容易會(huì )干擾到模擬信號的波形。當模擬信號為高頻或強電信號時(shí),也會(huì )影響到數字電路的正常工作。模擬電路涉及弱小信號,但是數字電路門(mén)限電平較高,對電源的要求就比模擬電路低些。既有數字電路又有模擬電路的系統中,數字電路產(chǎn)生的噪聲會(huì )影響模擬電路,使模擬電路的小信號指標變差,克服的辦法是分開(kāi)模擬地和數字地。
 存在問(wèn)題的根本原因是,無(wú)法保證電路板上銅箔的電阻為零,在接入點(diǎn)將數字地和模擬地分開(kāi),就是為了將數字地和模擬地的共地電阻降到最小。


二、數字地和模擬地處理的基本原則如下
 如果把模擬地和數字地大面積直接相連,會(huì )導致互相干擾。不短接又不妥。對于低頻模擬電路,除了加粗和縮短地線(xiàn)之外,電路各部分采用一點(diǎn)接地是抑制地線(xiàn)干擾的最佳選擇,主要可以防止由于地線(xiàn)公共阻抗而導致的部件之間的互相干擾。
 而對于高頻電路和數字電路,由于這時(shí)地線(xiàn)的電感效應影響會(huì )更大,一點(diǎn)接地會(huì )導致實(shí)際地線(xiàn)加長(cháng)而帶來(lái)不利影響,這時(shí)應采取分開(kāi)接地和一點(diǎn)接地相結合的方式。另外對于高頻電路還要考慮如何抑制高頻輻射噪聲,方法是:盡量加粗地線(xiàn),以降低噪聲對地阻抗;滿(mǎn)接地,即除傳輸信號的印制線(xiàn)以外,其他部分全作為地線(xiàn)。不要有無(wú)用的大面積銅箔。
 地線(xiàn)應構成環(huán)路,以防止產(chǎn)生高頻輻射噪聲,但環(huán)路所包圍面積不可過(guò)大,以免儀器處于強磁場(chǎng)中時(shí),產(chǎn)生感應電流。但如果只是低頻電路,則應避免地線(xiàn)環(huán)路。數字電源和模擬電源最好隔離,地線(xiàn)分開(kāi)布置,如果有A/D,則只在此處單點(diǎn)共地。低頻中沒(méi)有多大影響,但建議模擬和數字一點(diǎn)接地。高頻時(shí),可通過(guò)磁珠把模擬和數字地一點(diǎn)共地。


三、四種解決方法
 模擬地和數字地間的串接可以采用四種方式:1、用磁珠連接;2、用電容連接(利用電容隔直通交的原理);3、用電感連接(一般用幾u(yù)H到數十uH);4、用0歐姆電阻連接。下面重點(diǎn)介紹一下磁珠和0歐姆電阻:

 一般情況下,用0歐電阻是最佳選擇,1、可保證直流電位相等;2、單點(diǎn)接地,限制噪聲;3、對所有頻率的噪聲都有衰減作用(0歐也有阻抗,而且電流路徑狹窄,可以限制噪聲電流通過(guò));4、電容(利用電容隔直通交的原理)。
 磁珠采用在高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結面成,專(zhuān)用于抑制信號線(xiàn)、電源線(xiàn)上的高頻噪聲和尖峰干擾,還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠有很高的電阻率和磁導率,等效于電阻和電感串聯(lián),但電阻值和電感值都隨頻率變化。它比普通的電感有更好的高頻濾波特性,在高頻時(shí)呈現阻性,所以能在相當寬的頻率范圍內保持較高的阻抗,從而提高調頻濾波效果。磁珠對高頻信號才有較大阻礙作用,一般規格有100歐/100mMHZ,它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。鐵氧體磁珠(Ferrite Bead)是目前應用發(fā)展很快的一種抗干擾組件,廉價(jià)、易用,濾除高頻噪聲效果顯著(zhù)。

 鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲(可用于直流和交流輸出),還可廣泛應用于其它電路,其體積可以做得很小。特別是在數字電路中,由于脈沖信號含有頻率很高的高次諧波,也是電路高頻輻射的主要根源,所以可在這種場(chǎng)合發(fā)揮磁珠的作用。在電路中只要導線(xiàn)穿過(guò)它即可。當導線(xiàn)中電流穿過(guò)時(shí),鐵氧體對低頻電流幾乎沒(méi)有什么阻抗,而對較高頻率的電流會(huì )產(chǎn)生較大衰減作用。


四.電感與磁珠的區別
 有一匝以上的線(xiàn)圈習慣稱(chēng)為電感線(xiàn)圈,少于一匝(導線(xiàn)直通磁環(huán))的線(xiàn)圈習慣稱(chēng)之為磁珠。電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件,電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號回路,用于EMC對策;磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側重于抑制傳導性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問(wèn)題;電感一般用于電路的匹配和信號質(zhì)量的控制上,在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。
作為電源濾波,可以使用電感。磁珠的電路符號就是電感但是型號上可以看出使用的是磁珠在電路功能上,磁珠和電感是原理相同的,只是頻率特性不同罷了;磁珠由氧磁體組成,電感由磁心和線(xiàn)圈組成,磁珠把交流信號轉化為熱能,電感把交流存儲起來(lái),緩慢的釋放出去。
 電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件;電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號回路,用于EMC對策;磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側重于抑制傳導性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問(wèn)題。磁珠是用來(lái)吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲器電路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率范圍很少超過(guò)50MHZ。


五、幾種方法綜述
  電容隔直通交,造成浮地。電容不通直流,會(huì )導致壓差和靜電積累,摸機殼會(huì )麻手。如果把電容和磁珠并聯(lián),就是畫(huà)蛇添足,因為磁珠通直,電容將失效。串聯(lián)的話(huà)就顯得不倫不類(lèi)。
  電感體積大,雜散參數多,特性不穩定,離散分布參數不好控制,體積大。電感也是陷波,LC諧振(分布電容),對噪點(diǎn)有特效。
  磁珠的等效電路相當于帶阻陷波器,只對某個(gè)頻點(diǎn)的噪聲有抑制作用,如果不能預知噪點(diǎn),如何選擇型號,況且,噪點(diǎn)頻率也不一定固定,故磁珠不是一個(gè)好的選擇。
  0歐電阻相當于很窄的電流通路,能夠有效地限制環(huán)路電流,使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0歐電阻也有阻抗),這點(diǎn)比磁珠強。
  總之,關(guān)鍵是模擬地和數字地要一點(diǎn)接地。建議,不同種類(lèi)地之間用0歐電阻相連;電源引入高頻器件時(shí)用磁珠;高頻信號線(xiàn)耦合用小電容;電感用在大功率低頻上。  


開(kāi)放分享:優(yōu)質(zhì)有限元技術(shù)文章,助你自學(xué)成才

相關(guān)標簽搜索:如何區分數字地和模擬地及信號地、交流地、直流地又怎么破 HFSS電磁分析培訓 HFSS培訓課程 HFSS技術(shù)教程 HFSS無(wú)線(xiàn)電仿真 HFSS電磁場(chǎng)仿真 HFSS學(xué)習 HFSS視頻教程 天線(xiàn)基礎知識 HFSS代做 天線(xiàn)代做 Fluent、CFX流體分析 HFSS電磁分析 

編輯
在線(xiàn)報名:
  • 客服在線(xiàn)請直接聯(lián)系我們的客服,您也可以通過(guò)下面的方式進(jìn)行在線(xiàn)報名,我們會(huì )及時(shí)給您回復電話(huà),謝謝!
驗證碼

全國服務(wù)熱線(xiàn)

1358-032-9919

廣州公司:
廣州市環(huán)市中路306號金鷹大廈3800
電話(huà):13580329919
          135-8032-9919
培訓QQ咨詢(xún):點(diǎn)擊咨詢(xún) 點(diǎn)擊咨詢(xún)
項目QQ咨詢(xún):點(diǎn)擊咨詢(xún)
email:kf@1cae.com