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上传时间: 2009-12-07
详细说明: 数字地和模拟地的分割 如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢?在设计之前必须了解电磁兼容(EMC)的 两个基本原则: 第一个原则是尽可能减小电流环路的面积; 第二个原则是系统只采用一个参考面。 相反,如果系统存在两个参考面,就可能形成一个偶极天线(注:小型偶极天线的辐射 大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比);而如果信号不能通过尽可能小的环路 返回,就可能形成一个大的环状天线(注:小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路 的电流大小以及频率的平方成正比)。在设计中要尽可能避免这两种情况。 有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开,这样能实现数字地和模拟地之 间的隔离。尽管这种方法可行,但是存在很多潜在的问题,在复杂的大型系统中问题尤其突 出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线,一旦跨越了分割间隙布线,电磁辐射和信号串 扰都会急剧增加。在PCB 设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI 问题。 如图1 所示,我们采用上述分割方法,而且信号线跨越了两个地之间的间隙,信号电流 的返回路径是什么呢?假定被分割的两个地在某处连接在一起(通常情况下是在某个位置单 点连接),在这种情况下,地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高 频电流会产生辐 射和很高的地电感,如果流过大环路的是低电平模拟电流,该电流很容易受到外部信号干扰。 最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时,将形成一个非常大的电流环路。另外,模拟 地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。 了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅 仅考虑信号电流从哪儿流过,而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割,而且 必须通过分割之间的间隙布线,可以先在被分割的地之间进行单点连接,形成两个地之间的 连接桥,然后通过该连接桥布线。这样,在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流 回流路径,从而使形成的环路面积很小。 采用光隔离器件或变压器也能实现信号跨越分割间隙。对于前者,跨越分割间隙的是光 信号;在采用变压器的情况下,跨越分割间隙的是磁场。还有一种可行的办法是采用差分信 号:信号从一条线流入从另外一条信号线返回,这种情况下,不需要地作为回流路径。 要深入探讨数字信号对模拟信号的干扰必须先了解高频电流的特性。高频电流总是选择 阻抗最小(电感最低),直接位于信号下方的路径,因此返回电流会流过邻近的电路层,而无 论这个临近层是电源层还是地线层。 ........ ...展开收缩
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