基于PCB模擬設(shè)計(jì)的良好接地指導(dǎo)原則

由于實(shí)際機(jī)械設(shè)計(jì)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(duì)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(yán)重問(wèn)題?？梢愿盍呀拥貙?，讓大電流不流入精密電路區(qū)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(tǒng)中，請(qǐng)務(wù)必避免覆蓋接地層，特別是模擬層和數(shù)字層。該問(wèn)題將導(dǎo)致從一個(gè)層（可能是數(shù)字地）到另一個(gè)層的容性耦合。要記住，電容是由兩個(gè)導(dǎo)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(shù)字電流的混合信號(hào)IC的接地和去耦

敏感的模擬元件，例如放大器和基準(zhǔn)電壓源，必須參考和去耦至模擬接地層。具有低數(shù)字電流的ADC和DAC（和其他混合信號(hào)IC）一般應(yīng)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?yàn)檗D(zhuǎn)換器具有模擬和數(shù)字接口，且通常有指定為模擬接地(AGND)和數(shù)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(shù)字電路的IC（例如ADC或DAC）內(nèi)部，接地通常保持獨(dú)立，以免將數(shù)字信號(hào)耦合至模擬電路內(nèi)。圖4顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換器模型。將芯片焊盤(pán)連接到封裝引腳難免產(chǎn)生線焊電感和電阻，IC設(shè)計(jì)人員對(duì)此是無(wú)能為力的，心中清楚即可?？焖僮兓臄?shù)字電流在B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(duì)相鄰引腳間約有0.2 pF的雜散電容，同樣無(wú)法避免！IC設(shè)計(jì)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(yīng)通過(guò)最短的引線在外部連在一起，并接到模擬接地層。DGND連接內(nèi)的任何額外阻抗將在B點(diǎn)產(chǎn)生更多數(shù)字噪聲；繼而使更多數(shù)字噪聲通過(guò)雜散電容耦合至模擬電路。請(qǐng)注意，將DGND連接到數(shù)字接地層會(huì)在AGND和DGND引腳兩端施加 VNOISE ，帶來(lái)嚴(yán)重問(wèn)題！

“DGND”名稱表示此引腳連接到IC的數(shù)字地，但并不意味著此引腳必須連接到系統(tǒng)的數(shù)字地。可以更準(zhǔn)確地將其稱為IC的內(nèi)部“數(shù)字回路”。

這種安排確實(shí)可能給模擬接地層帶來(lái)少量數(shù)字噪聲，但這些電流非常小，只要確保轉(zhuǎn)換器輸出不會(huì)驅(qū)動(dòng)較大扇出（通常不會(huì)如此設(shè)計(jì)）就能降至最低。將轉(zhuǎn)換器數(shù)字端口上的扇出降至最低（也意味著電流更低），還能讓轉(zhuǎn)換器邏輯轉(zhuǎn)換波形少受振鈴影響，盡可能減少數(shù)字開(kāi)關(guān)電流，從而減少至轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器的內(nèi)部瞬態(tài)數(shù)字電流將在小環(huán)路內(nèi)流動(dòng)，從VD 經(jīng)去耦電容到達(dá)DGND（此路徑用圖中紅線表示）。因此瞬態(tài)數(shù)字電流不會(huì)出現(xiàn)在外部模擬接地層上，而是局限于環(huán)路內(nèi)。VD引腳去耦電容應(yīng)盡可能靠近轉(zhuǎn)換器安裝，以便將寄生電感降至最低。去耦電容應(yīng)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?gòu)?qiáng)調(diào)一次，沒(méi)有任何一種接地方案適用于所有應(yīng)用。但是，通過(guò)了解各個(gè)選項(xiàng)和提前進(jìn)行規(guī)則，可以最大程度地減少問(wèn)題。

小心處理ADC數(shù)字輸出

將數(shù)據(jù)緩沖器放置在轉(zhuǎn)換器旁不失為好辦法，可將數(shù)字輸出與數(shù)據(jù)總線噪聲隔離開(kāi)（如圖4所示）。數(shù)據(jù)緩沖器也有助于將轉(zhuǎn)換器