永远不要在模拟和数字电路之间进行地分割
永远不要在模拟和数字电路之间分割地层
图 1.左边是分割后的混合信号板布局(a),右边是更好的替代布局(b)
如果考虑返回电流,虽然模拟电路和数字电路部分隔离开了,但是分割地层后有四条数字走线将D/A转换器连接到其中一个数字元件,这些信号也需要返回路径。这些电流必须从D/A元件的接地引脚到达数字元件的接地引脚,分割后迫使这些电流与模拟电流共享平面的同一区域,模数信号混合了,没有起到分割的作用。
不能分割的原因:
1. 数字和模拟信号的工作频率在高于约100 kHz的频率下,接地层上的返回电流被限制在信号走线正下方的区域。
2. 即使在kHz频率或更低频率下,电路板接地层的电阻也小于1 mΩ/平方。比如10A经过1 mΩ的电阻,会产生10mV的电压,对于某些场景,这个电压可以忽略。
3. 在不能容忍mV级别耦合的情况下,最好将返回路径分布在不同的层上。
单点和多点接地
如图2所示。模拟返回电流有两种可能的路径。它可以在走线上返回,也可以在平面上返回。电流将根据每条路径的电阻进行分配,允许大量的模拟电流返回平面。同样,一些数字电流将在模拟电流返回路线上流动。
图 2 接地层上的近似返回电流分布
一般来说,如果两个电流返回路径连接在一个以上的点上,则它们在低频下不会隔离。单点接地是EMC中的一个重要概念,尽管设计人员经常误解它,因为他们没有正确区分电流返回路径和接地的概念。
图 3. 单点接地
图3说明了单点接地概念,隔离电路或系统通过非载流接地导体连接到单个点。
图4显示了另一种实现方式,其中接地导体连接在多个点,但它们仍然以单个点为参考。其中一个例子是建筑物中的电源接地,每个接地设备都有一条通往建筑电气服务的专用有线路径,在多个点连接接地导体不会降低接地方案的有效性。
图 4. 另一个单点接地实现
虽然单点接地是确保隔离电路具有相同零伏基准的重要概念,但如果接地导体承载信号或电源电流,则单点接地不起作用。