混合信號系統(tǒng)接地揭秘

請記住，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器是模擬的！因此，AGND和DGND引腳應(yīng)連接至模擬接地層。如果它們被連接至數(shù)字接地層，則模擬輸入信號將出現(xiàn)數(shù)字噪聲，因為它可能為單端，并且參考模擬接地層。連接這兩個引腳至靜態(tài)模擬接地層，會把少量數(shù)字噪聲注入其中，并降低輸出邏輯的噪聲余量。這是因為，輸出邏輯現(xiàn)在參考模擬接地層，并且所有其它邏輯均參考數(shù)字接地層。但是，這些電流應(yīng)為非常小，并且通過確保轉(zhuǎn)換器輸出不驅(qū)動大扇出得到最小化。

可能的情況是，設(shè)計使用器件的數(shù)字電流可低可高。兩種情況的接地方案并不相同。一般而言，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器常常被看作為低電流器件（例如：閃存ADC）。但是，今天的一些擁有片上模擬功能的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，正變得越來越數(shù)字化。隨著數(shù)字電路的增加，數(shù)字電流和噪聲也隨之增加。例如，∑-△ADC包含一個復雜的數(shù)字濾波器，其相當大地增加了器件的數(shù)字電流。

低數(shù)字電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接地

正如我們講的那樣，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器（或者任何混合信號器件）均為模擬。在所有系統(tǒng)中，模擬信號層都位于所有模擬電路和混合信號器件放置的地方。同樣，數(shù)字信號層擁有所有數(shù)字數(shù)據(jù)處理電路。模擬與數(shù)字接地層應(yīng)有同各自信號層相同的尺寸和形狀。

圖2概述了低數(shù)字電流混合信號器件接地的方法。該模擬接地層沒有被損壞，因為小數(shù)字瞬態(tài)電流存在于本地去耦電容器VDig和DGND（綠線）之間的小型環(huán)路中。圖2還顯示了一個位于模擬和數(shù)字電源之間的濾波器。共有兩類鐵氧體磁珠：高Q諧振磁珠和低Q非諧振磁珠。低Q磁珠常用于電源濾波，其與電源連接點串聯(lián)。

高數(shù)字電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接地

圖2所示電路靠VDig和DGND之間的去耦電容器來使數(shù)字瞬態(tài)電流隔離在小環(huán)路中。但是，如果數(shù)字電流足夠大，并且有組件在DC或者低頻下，則該去耦電容器可能必須非常的大，而這是不實際的。VDig和DGND之間環(huán)路之外的任何數(shù)字電流，必須流經(jīng)模擬接地層。這可能會降低性能，特別是在高分辨率系統(tǒng)中更是如此。圖3顯示了一種適用于強數(shù)字電流混合信號器件的替代接地方法。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器的AGND引腳連接至模擬接地層，而DGND引腳則連接至數(shù)字接地層。數(shù)字電流也隔離于模擬接地層，但兩個接地層之間的噪聲卻直接作用于器件的AGND和DGND引腳之間。模擬和數(shù)字電路必須獲得有效的隔離。AGND和DGND引腳之間的噪聲必須不能過大，否則會降低內(nèi)部噪聲余量，或者引起內(nèi)部模擬電路損壞。

模擬和數(shù)字接地層的連接

圖2和3顯示了連接模擬和數(shù)字接地層的備選背靠背肖特基二極管。該肖特基二極管防止大DC電壓或者低頻電壓尖峰在兩個層之間形成。如果其超出0.3V，這些電壓可能會損壞混合信號IC，因為它們直接出現(xiàn)在AGND和DGND引腳之間。

作為一種背靠背肖特基二極管的替代方法，鐵氧體磁珠可以在兩個層之間提供一個DC連接，并在數(shù)兆赫茲頻率時對其進行隔離，此時鐵氧體磁珠電阻增加。這種方法可防止IC受到AGND和DGND之間DC電壓的損壞，但是這種鐵氧體磁珠提供的DC連接會引入討厭的DC接地環(huán)路，其可能不適合于高分辨率系統(tǒng)。只要在高數(shù)字電流IC特殊情況下AGND和DGND引腳被隔離，則在必要時應(yīng)將它們連接在一起。

跳線和/或帶選項允許我們嘗試兩種方法，以驗證哪種方法能夠獲得最佳總系統(tǒng)性能。

隔離還是分割：哪一種對接地層重要？

一個常見問題是如何隔離接地，以讓模擬電路不干擾數(shù)字電路。眾所周知，數(shù)字電路噪聲較大。開關(guān)期間，邏輯飽和從其電流吸引強、快速電流尖峰。相反，模擬電路非常容易受到噪聲的影響。模擬電路可能不會干擾數(shù)字邏輯。相反，可能的情況是，高速數(shù)字邏輯可能會干擾低級模擬電路。因此，這個問題應(yīng)該是如何防止數(shù)字邏輯接地電流污染混合信號PCB上的低級模擬電路。我們首先想到的可能是分割接地層以將DGND隔離于AGND。盡管分割層方法可以起作用，但它存在許多問題—特別是在一些大型、復雜系統(tǒng)中。