分割接地層的利弊你都清楚么？

本篇文章將討論分割接地層的利弊。另外，還將解釋多轉換器和多板系統(tǒng)接地。

 如果分割接地層并且線路穿過分割線(如圖1所示)那么電流返回通路在哪里呢?假設兩個層在某處連接(通過在一個單獨點)，則返回電流必在該大型環(huán)路內流動。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。

如果兩個層僅在電源處連接(圖2)，則返回電流被迫直接流回電源接地，這是一個真正的大型環(huán)路!另外，不幸的是，不同RF電勢下使用長線纜連接的模擬和數(shù)字接地層，形成一個非常有效的偶極天線。首選使用一個持續(xù)接地層以避免這種長接地環(huán)路，但是如果使用分割接地層絕對必要并且線路穿過分割線則各層應首先在一個位置連接，以形成一個返回電流的橋(圖3)。對所有線路進行布局，讓它們穿過該橋，直接在每條線路下面提供一條返回通路，從而產(chǎn)生一個非常小的環(huán)路面積。這種方法的典型應用是權衡何時使用高分辨率(>20-bit)∑-?模數(shù)轉換器(ADC)。

 

通過分割層傳輸信號的其它方法是使用光隔離器(通過光)、變壓器(通過磁場)或者一個真正的差動信號(信號沿一條線路傳輸，然后在另一條線路上返回，無需返回電流接地)。

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

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

在一塊單獨板上使用多個數(shù)據(jù)轉換器時的接地

大多數(shù)數(shù)據(jù)轉換器的產(chǎn)品說明書都說明了相對于單一PCB的接地方法，并且通常為制造廠商自己的評估板。一般而言，我們建議把PCB接地層分割為一個模擬層和一個數(shù)字層。我們還 建 議，把 轉 換 器 的 模 擬 接 地(AGND)和數(shù)字接地(DGND)主引腳放在一起，并且在同一個點連接模擬和數(shù)字接地層，如圖6所示。最終，在混合信號器件處形成系統(tǒng)的星形接地點。

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

假設一個設計人員正在使用一塊擁有3個DAC和2個ADC的8層PCB。為了最小化噪聲，模擬和數(shù)字接地層應固定連接在所有ADC和數(shù)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，同時模擬和數(shù)字接地層應單獨連接回電源。電源應進入數(shù)字分區(qū)電路板，并直接給數(shù)字電路供電然后經(jīng)過濾波或者調節(jié)以后給模擬電路供電。這樣應僅把數(shù)字接地層連接回電源。圖7顯示了經(jīng)過分區(qū)的模擬和數(shù)字接地層，以及多數(shù)據(jù)轉換器PCB的電源連接。

多卡混合信號系統(tǒng)

設計人員開始把單卡接地概念應用于多卡系統(tǒng)，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(shù)個數(shù)據(jù)轉換器的系統(tǒng)內，模擬和數(shù)字接地層在幾個點連接，帶來形成接地環(huán)路的可能性，并且使單點星形接地系統(tǒng)無法實現(xiàn)最小化多卡系統(tǒng)內接地阻抗的最佳方法是，把一個母板PCB用作兩個卡之間互連的底層。這樣便可為底板提供一個連續(xù)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。完成整個系統(tǒng)接地方案，共有兩種可能性：

1. 底層的接地層在無數(shù)個點連接底板接地，讓各種接地電流返回通路四散。它一般指的是多點接地系統(tǒng)圖8)。
2. 接地層連接至單個星形接地點(通常在電源處)。
    

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

   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應具有良好的狀態(tài)這一點很關鍵。它要求自動攻絲金屬片螺釘或者咬式墊圈。陽極氧化鋁用于底板材料時需特別小心，因為其表面會起到一個隔離器的作用。

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