如何區(qū)分模擬地和數(shù)字地？電路設計之在PCB布局中正確設置地線

Part 01

前言

什么是接地？所謂接地其實就是系統(tǒng)中所有信號的參考點。理想情況下，地線上只有零伏的電勢。但是在現(xiàn)實世界中，所謂地平面其實就是具有一定阻抗能力的導體所承載的信號。有了阻抗，那么流過該地面的電流會導致導體上的電勢在不同點處不同。通過保持較低的地線導體阻抗可實現(xiàn)良好接地，從而最大程度地減少地線上的電勢差。在設計多層電路板時，一般專門設置一層用于接地層，接地層中大面積的銅箔會降低地平面上的阻抗。

Part 02

地平面分割

一般來說，許多人將接地平面分為模擬部分和數(shù)字部分，并在整個平面上進行了分割。模擬電路位于平面的模擬部分之上，而系統(tǒng)的數(shù)字部分位于數(shù)字部分之上。最終，這兩個接地點重新歸為系統(tǒng)電源。但是我們經常會遇到一些IC，內部集成了模擬電路和數(shù)字電路，那么我們怎么處理這種器件的接地呢？

就拿數(shù)據(jù)轉換器來說，無論是數(shù)模轉換器（D / A）還是模數(shù)轉換器（A / D），通常都跨接在此部分上，而且一般有兩個接地引腳：一個稱為模擬接地（AGND），另一個是數(shù)字地（DGND）。很多人看到這里會想當然地認為模擬地引腳接到模擬地平面，數(shù)字地引腳接到數(shù)字地平面，這樣的想法是不對的，接下來我們會分析。

在IC數(shù)據(jù)手冊上，廠家一般會建議用戶在器件封裝處將AGND和DGND連在一起。這點似乎與要求區(qū)分模擬地和數(shù)字地的建議相沖突，其實并不存在沖突。這些引腳的“模擬地”和“數(shù)字地”標記是指引腳所連接到的轉換器內部部分，而不是引腳必須連接到的系統(tǒng)地。對于ADC，這兩個引腳通常應該連在一起，然后連接到系統(tǒng)的模擬地。由于轉換器的模擬部分無法耐受數(shù)字電流經由焊線流至芯片時產生的壓降，因此無法在 IC 封裝內部將二者連接起來，但它們可以在外部連在一起。所以芯片外部雖然AGND和DGND連在一起了，但是內部其實分開的，二者只是取同一個參考點而已。

Part 03

ADC的電源線處理方法

說完了地線，我們再說說ADC的電源線處理方法，其實就是把IC的電源一分為二，通過磁珠進行隔離，從而避免數(shù)字電路中的干擾通過電源串擾到模擬電路中，其中紅色線連接的是IC的去耦電容，去耦電容接到數(shù)字地上，要記住，去耦電容要距離數(shù)字電源供電端越近越好，從而實現(xiàn)最小的去耦環(huán)路。

那么兩個地平面怎么連接呢？一般來說可以用0R電阻，或者磁珠，或者背靠背肖特基二極管，0R電阻其實是有一定阻值的，對于干擾信號有一定的減弱作用，同時電阻的高頻等效模型中，在高頻條件下，電阻能表現(xiàn)出電感特性，還能起到電感濾波的作用，磁珠的話也是一樣，在高頻條件下，會表現(xiàn)出感性，但是對于低頻干擾，就比較無能為力了，對于二極管，要選用低正向壓降的肖特基二極管，由于二極管的單向導電性，能有效避免串擾在兩個地平面之間形成回路。

Part 04

總結

所以總結一下就是，地平面要分為模擬地和數(shù)字地兩大區(qū)，模擬電路以及數(shù)字電路按區(qū)放置，同時電源也要區(qū)分，兩大地平面要通過磁珠或者二極管進行隔離。