ADI专家建议的数字地模拟地接地策略

PCB

在多卡系统中，降低接地阻抗的最佳方式是使用“母板”PCB 作为卡间互连背板，从而为背板提供连续接地层。PCB 连接器的引脚应至少有 30 至 40% 专用于接地，这些引脚应连接到背板母板上的接地层。最后，实现整体系统接地方案有两种可能途径：

背板接地层可通过多个点连接到机壳接地，从而扩散各种接地电流返回路径。该方法通常称为“多点”接地系统，如图所示。
接地层可连接到单个系统“星型接地”点（一般位于电源）。

前一个方法最常用于全数字系统，不过，只要数字电路引起的接地电流足够低且扩散到大面积上，也可用于混合信号系统。PC 板、背板直到机壳都一直保持低接地阻抗。不过，接地与金属板壳连接的部位必须具有良好的电气接触。这需要自攻金属板螺丝或“咬合”垫圈。机壳材料使用阳极氧化铝时必须特别小心，此时机壳表面用作绝缘体。

第二种方法（“星型接地”）通常用于模拟和数字接地系统相互分离的高速混合信号系统，需进一步讨论。

段朝思 · 2018-12-6 09:19:43

分离模拟和数字接地层的策略
在使用大量数字电路的混合信号系统中，最好在物理上分离敏感的模拟元件与多噪声的数字元件。另外针对模拟和数字电路使用分离的接地层也很有利。避免重叠可以将两者间的容性耦合降至最低。分离的模拟和数字接地层通过母板接地层或“接地网”（由连接器接地引脚间的一连串有线互连构成），在背板上继续延伸。如图所示，两层一直保持分离，直至回到共同的系统“星型”接地，一般位于电源。接地层、电源和“星型”接地间的连接应由多个总线条或宽铜织带构成，以便获得最小的电阻和电感。每个 PCB 上插入背对背肖特基二极管，以防止插拔卡时两个接地系统间产生意外直流电压。此电压应小于 300mV，以免损坏同时与模拟和数字接地层相连的 IC。

推荐使用肖特基二极管，它具有低电容和低正向压降。低电容可防止模拟与数字接地层间发生交流耦合。肖特基二极管在约300 mV 时开始导电，如果预期有高电流，可能需要数个并联的二极管。某些情况下，铁氧体磁珠可替代肖特基二极管，但会引入直流接地环路，在高精度系统中会很麻烦。

接地层阻抗必须尽可能低，直至回到系统星型接地。两个接地层间高于 300 mV 的直流或交流电压不仅会损坏 IC，还会导致逻辑门的误触发以及可能的闭锁。

段朝思 · 2018-12-6 09:38:09

混合信号系统的一些通用 PC 板布局指南
很显然，多关注系统布局并防止不同信号彼此干扰，可以将噪声降至最低。高电平模拟信号应与低电平模拟信号隔离开，两者均应远离数字信号。我们曾经在波形采样和重建系统中发现，采样时钟（数字信号）与模拟信号一样易受噪声影响，同时与数字信号一样易于产生噪声，因此必须与模拟和数字系统都隔离开。如果在时钟分配中使用时钟驱动器封装，应仅有一个频率时钟通过单个封装。在相同封装内的不同频率时钟间共享驱动器将产生过度抖动和串扰，并降低性能。

在敏感信号穿过的地方，接地层可发挥屏蔽作用。图中显示了数据采集电路板的良好布局，其中所有敏感区域彼此隔离开，且信号路径尽量短。虽然实际布局不太可能如此整洁，但基本原则仍然适用。

执行信号和电源连接时有许多要点需要考虑。首先，连接器是系统中所有信号传输线必须并行的几个位置之一，因此它们必须与接地引脚分开（形成法拉第屏蔽），以减少其间的耦合。

多接地引脚非常重要还有另一原因：可以降低电路板与背板间结点的接地阻抗。对于新电路板，PCB 连接器单一引脚的接触电阻很低（10 mΩ 水平），随着电路板变旧，接触电阻可能升高，电路板性能会受影响。因此通过分配额外 PCB 连接器引脚来增加接地连接很有必要（PCB 连接器上所有引脚中约 30 至 40% 应为接地引脚）。出于同样的理由，每个电源连接应有数个引脚，当然数量不必像接地引脚一样多。

段朝思 · 2018-12-6 09:46:18

关于接地的几点忠言
没有单一一种接地方法能始终保证最佳性能！本节根据所考虑的特定混合信号器件特性提出了几种可能的选项。但在实施初始 PC 板布局时，提供尽可能多的选项会很有帮助。

PC 板必须至少有一层专用于接地层！初始电路板布局应提供非重叠的模拟和数字接地层，如果需要，应在数个位置提供焊盘和过孔，以便安装背对背肖特基二极管或铁氧体磁珠。

提供焊盘和过孔也极为重要，需要时可以使用跳线将模拟和数字接地层连接在一起。目前，预测“多点”（单一接地层）还是“星型”接地（分离模拟和数字接地层）方法能提供最佳整体系统性能还很困难；因此，可能需要使用跳线对最终 PC 板做一些实验。

如有疑问，最好先分离模拟和数字接地层，以后再用跳线连接，而不要一开始就使用单一接地层，随后又尝试分离！

周杰 · 2018-12-6 10:05:59

脑洞大赛7 发表于 2018-12-6 17:43
关于接地的几点忠言
没有单一一种接地方法能始终保证最佳性能！本节根据所考虑的特定混合信号器件特性提出了几种可能的选项。但在实施初始 PC 板布局时，提供尽可能多的选项会很有帮助。

ADIForum的文中说：“PC 板必须至少有一层专用于接地层！”
那么最常用最多见的就是双面板了，双面板如何做到“PC 板必须至少有一层专用于接地层！”？
真的使用一层专用于接地层，那么双层板不就变成了单层板了吗？？？

潘千 · 2018-12-6 10:11:48

PC板必须至少有一层专用于接地层！
画一个简单带模拟与数字的两面板，如何设置专用接地层？背面铺一层地，可行否？

陈萌 · 2018-12-6 10:28:09

xufang20160719 发表于 2018-12-6 18:08
PC板必须至少有一层专用于接地层！
画一个简单带模拟与数字的两面板，如何设置专用接地层？背面铺一层地，可行否？

数字地和模拟地还是要隔开的，尤其是数字接口的回流路径一定要由专门的数字回流路径，否则可能会出现无法忍受的噪声。

李明聪 · 2018-12-6 10:40:26

对于初学，想请教下模拟ic 的电源地和数字ic 的电源地属于那种地呢？

杨涛 · 2018-12-6 10:52:13

楼主可不可以给一个正式的文档，类似于Application Note这样的。

段朝思 · 2018-12-6 11:07:41

vtqtweqwe 发表于 1970-1-1 08:00

推荐Walt Kester写的一篇文章中文版http://www.analog.com/static/imported-files/zh/tutorials/MT-031_cn.pdf

杨涛 · 2018-12-6 11:20:32

脑洞大赛7 发表于 2018-12-6 19:04
推荐Walt Kester写的一篇文章中文版http://www.analog.com/static/imported-files/zh/tutorials/MT-031_cn.pdf

谢谢。
下次直接贴出来不就好了嘛

孙世珍 · 2018-12-6 11:34:57

有用！马着

鲁玉萍 · 2018-12-6 11:40:03

收藏了

jf_ed1027433 · 2018-12-7 11:25:58

谢谢楼主分享！

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13 条评论

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