混合信號系統接地揭秘之第二部分

在一塊單獨板上使用多個(gè)數據轉換器時(shí)的接地

大多數數據轉換器的產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)都說(shuō)明了相對于單一PCB的接地方法，并且通常為制造廠(chǎng)商自己的評估板。一般而言，我們建議把PCB接地層分割為一個(gè)模擬層和一個(gè)數字層。我們還建議，把轉換器的模擬接地(AGND)和數字接地(DGND)引腳放在一起，并且在同一個(gè)點(diǎn)連接模擬和數字接地層，如圖6所示。最終，在混合信號器件處形成系統的星形接地點(diǎn)。正如第1部分文章介紹的那樣，測量出與該特定點(diǎn)相關(guān)的電路所有電壓，而不僅僅只是一些讓測量探針跳動(dòng)的未定義接地。

圖6單塊PCB上的接地混合信號器件

所有有噪數字電流均通過(guò)數字電源流至數字接地層，然后再返回至數字電源，以此來(lái)隔離于電路板的敏感模擬部分。模擬和數字接地層在數據轉換器處交匯在一起時(shí)，形成系統的星形接地點(diǎn)。這種方法在使用單獨PCB和單個(gè)數據轉換器的簡(jiǎn)易系統中一般有效，但是它并不是很適合于多卡和多轉換器系統。如果不同PCB上有幾個(gè)數據轉換器，這種方法便無(wú)效，因為模擬和數字接地系統在PCB上每個(gè)轉換器處都交匯在一起，形成許多接地環(huán)路。

假設一個(gè)設計人員正在使用一塊擁有3個(gè)DAC和2個(gè)ADC的8層PCB。為了最小化噪聲，模擬和數字接地層應固定連接在所有ADC和數模轉換器(DAC)芯片下面。AGND和DGND引腳應相互連接，并且連接模擬接地層，同時(shí)模擬和數字接地層應單獨連接回電源。電源應進(jìn)入數字分區電路板，并直接給數字電路供電，然后經(jīng)過(guò)濾波或者調節以后給模擬電路供電。這樣，應僅把數字接地層連接回電源。圖7顯示了經(jīng)過(guò)分區的模擬和數字接地層，以及多數據轉換器PCB的電源連接。

圖7 多ADC的PCB電源與接地

多卡混合信號系統

設計人員開(kāi)始把單卡接地概念應用于多卡系統，這增加了人們對于混合信號接地的困惑。在一些不同PCB上具有數個(gè)數據轉換器的系統內，模擬和數字接地層在幾個(gè)點(diǎn)連接，帶來(lái)形成接地環(huán)路的可能性，并且使單點(diǎn)星形接地系統無(wú)法實(shí)現。

最小化多卡系統內接地阻抗的最佳方法是，把一個(gè)母板PCB用作兩個(gè)卡之間互連的底層。這樣便可為底板提供一個(gè)連續的接地層。PCB連接器至少有30%到40%的引腳用于接地。這些引腳應連接底層母板的接地層。完成整個(gè)系統接地方案，共有兩種可能性：

1、 底層的接地層在無(wú)數個(gè)點(diǎn)連接底板接地，讓各種接地電流返回通路四散。它一般指的是多點(diǎn)接地系統(圖8)。

2、 接地層連接至單個(gè)星形接地點(diǎn)(通常在電源處)。

3、 第一種方法常常用于全數字系統，但也可用于混合信號系統，前提條件是數字電路的接地電流足夠低，并且散布于一個(gè)較大的面積上。

PCB、底層和最終的底板都維持低接地阻抗。但是，接地連接金屬片底板的電氣觸點(diǎn)應具有良好的狀態(tài)，這一點(diǎn)很關(guān)鍵。它要求自動(dòng)攻絲金屬片螺釘或者咬式墊圈。陽(yáng)極氧化鋁用于底板材料時(shí)需特別小心，因為其表面會(huì )起到一個(gè)隔離器的作用。

圖8 多卡系統的接地方案

第二種方法即單點(diǎn)星形接地，通常用于具有單獨模擬和數字接地系統的高速混合信號系統。

參考文獻

1、《混合信號系統接地揭秘之第1部分》，作者：Sanjay Pithadia和Shridhar More，刊發(fā)于《模擬應用雜志》(2013年第1季度)

2、《混合信號PCB的分區與布局》，作者H.W. Ott，刊發(fā)于2001年6月《印制電路板設計》第8-11頁(yè)。

3、《模數轉換器接地方法對系統性能的影響》，刊發(fā)于《應用簡(jiǎn)報》

4、《鐵氧體磁珠》，刊發(fā)于2000年10月12日《EDN》博客，作者：Howard Johnson。