如何降低數(shù)模設(shè)計過程中的數(shù)模干擾？串?dāng)_和共阻抗耦合

數(shù)模設(shè)計過程中要避免照搬經(jīng)驗和規(guī)則，但要徹底講清這個問題，首先要明白數(shù)模干擾的機理，數(shù)字對模擬的影響可以分為串?dāng)_和共阻抗耦合兩種情況。

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1、串?dāng)_

串?dāng)_一般是通過數(shù)字與模擬信號線間的分布參數(shù)相互影響，不過這個問題至少目前已經(jīng)不是很突出了。因為數(shù)字信號要布置在數(shù)字區(qū)域，模擬信號要布置在模擬區(qū)域，空間上都已經(jīng)做了隔離，因此風(fēng)險也減少了。

2、共阻抗耦合

公共阻抗耦合是指由于騷擾源與敏感部位共用一個線路阻抗而產(chǎn)生的。當(dāng)數(shù)字信號與模擬信號共地時，由于地線在高頻時存在一定的阻抗，因此數(shù)字信號回流流過時將產(chǎn)生一個壓降，這就是共模電壓源。

此時，如果共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域，在模擬區(qū)域地上產(chǎn)生壓降，這個電壓如果疊加在模擬信號上，便會影響模擬信號，這就是數(shù)模共阻抗干擾的機理。

根據(jù)對共阻抗耦合的原因分析，解決辦法如下：

A、降低GND阻抗，降低共模電壓源；

B、避免數(shù)字GND產(chǎn)生的共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。

對于降低GND阻抗，極端點的阻抗為零，此時即使數(shù)字信號回流流過，也不會產(chǎn)生共模電壓源，因此，也不會影響模擬信號。

但是，實際情況是做不到GND零阻抗的，唯一的手段就是使其無限制的降低，如使用GND平面、GND平面減少分割、GND平面長寬比小于3等等。

對于使數(shù)字地產(chǎn)生的共模電流不流經(jīng)模擬區(qū)域，數(shù)模分割啟示就是這個初衷。但實際情況是，有很多的案例都對數(shù)字與模擬進行了分割，但仍然不能解決數(shù)字對模擬的干擾。

在此，需要鄭重強調(diào)一點，如果只想通過數(shù)模分割就解決數(shù)字對模擬的影響，是不見樹木不見森林的錯誤做法。數(shù)模分割需要從系統(tǒng)架構(gòu)上做深度分析，比如塑料或金屬機箱、系統(tǒng)接地點、模擬區(qū)域有無I/O線纜等等。

例如：

對于塑料機箱，如果模擬區(qū)域有I/O電纜，此時數(shù)字模擬分割不一定能解決問題。因為數(shù)字信號在GND上產(chǎn)生的共模噪聲會因為I/O電纜與參考接地平板的分布參數(shù)形成環(huán)路，此時共模電流也將流經(jīng)模擬區(qū)域，所以這種分割存在很大的風(fēng)險。

對于金屬外殼的產(chǎn)品，因為單板需要接地，因此重點需要關(guān)注接地點，即接地點的設(shè)置要避免數(shù)字區(qū)域共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。

對于模擬區(qū)域無I/O的線纜的情況，在進行數(shù)字與模擬分割后，可以在A/D芯片數(shù)字與模擬GND上設(shè)置接地點，避免數(shù)字區(qū)域的共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。

但對于模擬區(qū)域有I/O線纜的情況，因為線纜對地的分布參數(shù)，因此，存在共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域的風(fēng)險，此時還需要充分考慮I/O線纜的長度，如音頻耳機線因為比較短，可能分割后風(fēng)險不大，但是，如果線纜很長的情況下，即使風(fēng)格也有很大的風(fēng)險。

任何事物沒有絕對正確性，數(shù)模分割同樣如此，如果涉及不好，會產(chǎn)生負(fù)面效果，比如跨分割布線等等。另外，高頻時即使分割了，分割之間存在分布參數(shù)，因此，也不能形成完全意義上的分割。

初學(xué)者或?qū)?a target="_blank">EMC一知半解的工程師，如果對數(shù)模風(fēng)格把握不準(zhǔn)，建議盡量少分割或干脆不分割，以保證GND平面完整，降低GND平面阻抗，同樣可以減小數(shù)字對模擬干擾的風(fēng)險。