混合信號系統接地揭秘之第二部分

21ic訊 本文是系列文章(共2部分)的第2部分。第1部分(見(jiàn)參考1)為你解釋了一些典型專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)和接地層，并介紹了分區方法。第2部分將討論分割接地層的利弊。另外，文章還將解釋多轉換器和多板系統接地。

如果分割接地層并且線(xiàn)路穿過(guò)分割線(xiàn)(如圖1所示)，那么電流返回通路在哪里呢?假設兩個(gè)層在某處連接(通過(guò)在一個(gè)單獨點(diǎn))，則返回電流必在該大型環(huán)路內流動(dòng)。大型環(huán)路內的高頻電流產(chǎn)生輻射和高接地電感。大型環(huán)路內的低電平模擬電流易受干擾的影響。

圖1 穿過(guò)接地層分割的信號線(xiàn)跡

如果兩個(gè)層僅在電源處連接(圖2)，則返回電流被迫直接流回電源接地，這是一個(gè)真正的大型環(huán)路!另外，不幸的是，不同RF電勢下使用長(cháng)線(xiàn)纜連接的模擬和數字接地層，形成一個(gè)非常有效的偶極天線(xiàn)。

圖2在電源位置連接的分割層

首選使用一個(gè)持續接地層以避免這種長(cháng)接地環(huán)路，但是如果使用分割接地層絕對必要并且線(xiàn)路穿過(guò)分割線(xiàn)，則各層應首先在一個(gè)位置連接，以形成一個(gè)返回電流的橋(圖3)。對所有線(xiàn)路進(jìn)行布局，讓它們穿過(guò)該橋，直接在每條線(xiàn)路下面提供一條返回通路，從而產(chǎn)生一個(gè)非常小的環(huán)路面積。這種方法的典型應用是權衡何時(shí)使用高分辨率(≥20-bit)Σ-Δ模數轉換器(ADC)。

圖3 線(xiàn)路接地層橋接

通過(guò)分割層傳輸信號的其它方法是使用光隔離器(通過(guò)光)、變壓器(通過(guò)磁場(chǎng))或者一個(gè)真正的差動(dòng)信號(信號沿一條線(xiàn)路傳輸，然后在另一條線(xiàn)路上返回，無(wú)需返回電流接地)。

一種更好的方法是“分區”。僅使用一個(gè)接地層始終為首選，把PCB劃分為模擬部分和數字部分(參見(jiàn)圖4b)。模擬信號必須安排在板的模擬部分，而數字信號必須安排在板的數字部分，并且所有層上都有這兩個(gè)部分。在這種情況下，數字返回電流不會(huì )存在于接地層的模擬部分，并且保持在數字信號線(xiàn)跡下面。圖4比較了一個(gè)分割層和一個(gè)分區層。

圖4 接地層布局

分區方法存在的唯一問(wèn)題是，當模擬信號錯誤地安排在板的數字部分(反之亦然)時(shí)則難以有效，如圖5所示。因此，對于所有PCB布局而言，重點(diǎn)是使用一個(gè)單個(gè)接地層，把它劃分為模擬和數字部分，然后運用信號安排原則。

圖5 錯誤安排的數字信號線(xiàn)跡