基于PCB模擬設計的良好接地指導原則

由于實(shí)際機械設計的原因，電源輸入連接器在電路板的一端，而需要靠近散熱器的電源輸出部分則在另一端。電路板具有100 mm寬的接地層，還有電流為15 A的功率放大器。如果接地層厚0.038 mm，15 A的電流流過(guò)時(shí)會(huì )產(chǎn)生68 μV/mm的壓降。對于任何共用該PCB且以地為參考的精密模擬電路，這種壓降都會(huì )引起嚴重問(wèn)題?？梢愿盍呀拥貙?，讓大電流不流入精密電路區域，而迫使它環(huán)繞割裂位置流動(dòng)。這樣可以防止接地問(wèn)題（在這種情況下確實(shí)存在），不過(guò)該電流流過(guò)的接地層部分中電壓梯度會(huì )提高。

在多個(gè)接地層系統中，請務(wù)必避免覆蓋接地層，特別是模擬層和數字層。該問(wèn)題將導致從一個(gè)層（可能是數字地）到另一個(gè)層的容性耦合。要記住，電容是由兩個(gè)導體（兩個(gè)接地層）組成的，中間用絕緣體（PC板材料）隔離。

具有低數字電流的混合信號IC的接地和去耦

敏感的模擬元件，例如放大器和基準電壓源，必須參考和去耦至模擬接地層。具有低數字電流的ADC和DAC（和其他混合信號IC）一般應視為模擬元件，同樣接地并去耦至模擬接地層。乍看之下，這一要求似乎有些矛盾，因為轉換器具有模擬和數字接口，且通常有指定為模擬接地(AGND)和數字接地(DGND)的引腳。圖4有助于解釋這一兩難問(wèn)題。

同時(shí)具有模擬和數字電路的IC（例如ADC或DAC）內部，接地通常保持獨立，以免將數字信號耦合至模擬電路內。圖4顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的轉換器模型。將芯片焊盤(pán)連接到封裝引腳難免產(chǎn)生線(xiàn)焊電感和電阻，IC設計人員對此是無(wú)能為力的，心中清楚即可?？焖僮兓臄底蛛娏髟贐點(diǎn)產(chǎn)生電壓，且必然會(huì )通過(guò)雜散電容CSTRAY耦合至模擬電路的A點(diǎn)。此外，IC封裝的每對相鄰引腳間約有0.2 pF的雜散電容，同樣無(wú)法避免！IC設計人員的任務(wù)是排除此影響讓芯片正常工作。不過(guò)，為了防止進(jìn)一步耦合，AGND和DGND應通過(guò)最短的引線(xiàn)在外部連在一起，并接到模擬接地層。DGND連接內的任何額外阻抗將在B點(diǎn)產(chǎn)生更多數字噪聲；繼而使更多數字噪聲通過(guò)雜散電容耦合至模擬電路。請注意，將DGND連接到數字接地層會(huì )在A(yíng)GND和DGND引腳兩端施加 VNOISE ，帶來(lái)嚴重問(wèn)題！

“DGND”名稱(chēng)表示此引腳連接到IC的數字地，但并不意味著(zhù)此引腳必須連接到系統的數字地?？梢愿鼫蚀_地將其稱(chēng)為IC的內部“數字回路”。

這種安排確實(shí)可能給模擬接地層帶來(lái)少量數字噪聲，但這些電流非常小，只要確保轉換器輸出不會(huì )驅動(dòng)較大扇出（通常不會(huì )如此設計）就能降至最低。將轉換器數字端口上的扇出降至最低（也意味著(zhù)電流更低），還能讓轉換器邏輯轉換波形少受振鈴影響，盡可能減少數字開(kāi)關(guān)電流，從而減少至轉換器模擬端口的耦合。通過(guò)插入小型有損鐵氧體磁珠，如圖4所示，邏輯電源引腳pin (VD) 可進(jìn)一步與模擬電源隔離。轉換器的內部瞬態(tài)數字電流將在小環(huán)路內流動(dòng)，從VD 經(jīng)去耦電容到達DGND（此路徑用圖中紅線(xiàn)表示）。因此瞬態(tài)數字電流不會(huì )出現在外部模擬接地層上，而是局限于環(huán)路內。VD引腳去耦電容應盡可能靠近轉換器安裝，以便將寄生電感降至最低。去耦電容應為低電感陶瓷型，通常介于0.01 μF (10 nF)和0.1 μF (100 nF)之間。

再強調一次，沒(méi)有任何一種接地方案適用于所有應用。但是，通過(guò)了解各個(gè)選項和提前進(jìn)行規則，可以最大程度地減少問(wèn)題。

小心處理ADC數字輸出

將數據緩沖器放置在轉換器旁不失為好辦法，可將數字輸出與數據總線(xiàn)噪聲隔離開(kāi)（如圖4所示）。數據緩沖器也有助于將轉換器