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簡(jiǎn)介
當今的信號處理系統普遍需要使用混合信號器件，例如模擬數字轉換器（ADC）、數字模擬轉換器（DAC）以及快速信號處理器（DSP）。為了處理寬動(dòng)態(tài)范圍的模擬信號，高速高性能的ADC和DAC信號顯得更加重要。為了在惡劣的數字環(huán)境中保持模擬信號寬動(dòng)態(tài)范圍和低噪聲，就要使用良好的高速電路設計技術(shù)，包括適當的信號走線(xiàn)、去耦和接地。
在過(guò)去，“高精度，低速”電路一般被視為與所謂的“高速”電路不同。對于A(yíng)DC和DAC，采樣速率（對于A(yíng)DC來(lái)說(shuō)）和更新速率（對于DAC來(lái)說(shuō)）作為劃分所謂“高速”和“低速”的標準。但是，以下兩個(gè)例子表明，當今大多數信號處理芯片都是真正的“高速”芯片，而且必須作為高速器件對待才能保持其高性能。例如DSP和AD/DA芯片。 所有信號處理應用的采樣ADC（具有內部采樣保持電路的ADC）都以相對高速的時(shí)鐘進(jìn)行操作。該時(shí)鐘具有快速的上升和下降時(shí)間（一般為幾納秒），所以必須被視為高速器件，即使轉換速率可能低。例如，一個(gè)中速12位逐次逼近（SAR）ADC卻在10MHz的內部時(shí)鐘上工作，而采樣速率僅為500 KSPS。 Σ-Δ ADC也需要高速時(shí)鐘，因為它們具有很高的過(guò)采樣率。
即使是高分辨率、所謂的“低頻”的工業(yè)測量Σ-Δ ADC（吞吐量為10 Hz至7.5 kHz）也在5MHz或更高的時(shí)鐘頻率下工作，來(lái)提供24位分辨率（例如，ADI公司的AD77xx -系列）。 更復雜的是，混合信號IC具有模擬和數字兩種端口，因此如何使用適當的接地技術(shù)就更加茫然。此外，混合信號IC有的具有相對較低的數字電流，而另一些具有高數字電流。許多情況下，兩種類(lèi)型必須區分對待，才能實(shí)現最佳接地。 數字和模擬設計工程師傾向于從不同角度對待混合信號設備，本教程的目的是總結一種通用的接地原理，可以用于大多數混合信號設備，而無(wú)需知道其內部電路的具體細節。
接地層和電源層
低阻抗、大面積接地層對于模擬電路和數字電路都是至關(guān)重要的。接地層不僅為了給高頻電流（高速數字邏輯產(chǎn)生的）一個(gè)低阻抗返回路徑，而且最大限度地減少EMI / RFI輻射。由于接地層的屏蔽作用，電路對外部EMI / RFI的敏感性也降低了。 ? 接地層還允許使用需要可控阻抗的傳輸線(xiàn)技術(shù)（微帶或帶狀線(xiàn)）來(lái)傳輸高速數字信號或模擬信號。 由于“母線(xiàn)(buss wire)”在大多數邏輯轉換等效頻率下具有阻抗，將其用作“地”完全不能接受。例如，#22標準導線(xiàn)具有約20 nH/英寸的電感。由邏輯信號產(chǎn)生的壓擺率為10mA/ns的瞬態(tài)電流，在此頻率下流經(jīng)1英寸該導線(xiàn)將形成200 mV的無(wú)用壓降： 
對于具有2 V峰峰值范圍的信號，此壓降會(huì )轉化為約10%的誤差（大約3.5位精度）。即使在全數字電路中，這個(gè)誤差會(huì )導致邏輯電路噪聲裕量的顯著(zhù)下降。
圖 1 ：流入模擬返回路徑的數字電流產(chǎn)生誤差電壓
圖1顯示了數字返回電流干擾模擬返回電流（頂部圖）的典型示例。接地路徑的導線(xiàn)電感和電阻由模擬和數字電路共享，這會(huì )造成相互影響，最終產(chǎn)生誤差。一個(gè)可能的解決方案是讓數字電路電流返回路徑直接流向GND REF，如底圖所示。這是“星型接地”或者叫單點(diǎn)接地的基本原理。在包含多個(gè)高頻返回路徑的系統中實(shí)現真正的單點(diǎn)接地是很困難的，因為單獨的電流返回路徑導線(xiàn)的物理長(cháng)度會(huì )引入寄生電阻和電感，這不符合高頻電流的低阻抗接地原則。實(shí)際操作中，電流回路必須由大面積接地層組成，以便實(shí)現高頻電流下的低阻抗接地。如果無(wú)低阻抗接地層，則幾乎不可能避免上述共享阻抗，特別是在高頻下。
所有集成電路接地引腳應直接連接到低阻抗接地層，從而將串聯(lián)電感和電阻降至最低（意思是不要用什么IC座之類(lèi)的東東）。對于高速器件，不推薦使用傳統IC插槽。即使是“小尺寸”插槽，額外電感和電容也可能引入無(wú)用的共享路徑，從而破壞器件性能。如果插槽必須配合DIP封裝使用，例如在制作原型時(shí)，個(gè)別“引腳插槽”或“籠式插座”是可以接受的。以上引腳插槽提供封蓋和無(wú)封蓋兩種版本（AMP產(chǎn)品型號5-330808-3和5-330808-6）。由于使用彈簧金屬觸點(diǎn)，確保了IC引腳具有良好的電氣和機械連接。不過(guò)，反復插拔可能降低其性能。
低頻和高頻的去耦
每個(gè)電源在進(jìn)入PC板時(shí)，應通過(guò)大容量電解電容去耦至低阻抗接地層，并且電解電容緊靠電源端子。這樣可以將電源線(xiàn)路上的低頻噪聲降至最低。在每個(gè)獨立的模擬級，各IC封裝電源引腳需要局部?jì)H針對高頻的濾波（意思就是我們常用的104電容旁路芯片，注意不是所有情況都用100nF的。20MHz以下用100nF，頻率越高電容要越?。?。
圖 2 ：局部高頻電源濾波器通過(guò)較短的低電感路徑（接地層）提供最佳濾波和去耦
圖2顯示了此方法，圖示左側為正確實(shí)施方案，右側為錯誤實(shí)施方案。左側示例中，典型的0.1 μF貼片陶瓷電容借助過(guò)孔直接連接到PCB背面的接地層，并通過(guò)第二個(gè)過(guò)孔連接到IC的GND引腳上。相比之下，右側的設置不太理想，給去耦電容的接地路徑增加了額外的PCB走線(xiàn)電感，使有效性降低。（有條件把貼片電容放在芯片背面正下方效果更好。）
所有的高速芯片（頻率大于10MHz）需要類(lèi)似于圖2連接的旁路電容來(lái)實(shí)現好的性能。此處磁珠并非100%必要，但會(huì )增強高頻噪聲的隔離和去耦，通常較為有利。這里可能需要驗證磁珠會(huì )不會(huì )在IC處理高電流時(shí)飽和。 請注意，對于一些磁珠，即使在飽和發(fā)生之前，一些磁珠可能已經(jīng)非線(xiàn)性了，所以如果需要功率級以低失真輸出進(jìn)行工作，這也應該被檢查驗證。
雙層和多層PCB
每個(gè)PCB至少應有完整的一層專(zhuān)用于接地。理想情況下，雙面電路板的一面應完全用于接地層，另一面用于互連。但在實(shí)際操作中，這不可能，因為必須去除部分接地層用于信號和電源的跨越、過(guò)孔和通孔。盡管如此，還是應盡可能節約面積，至少保留75%。完成初始布局后，請仔細檢查接地層，確保沒(méi)有隔離的接地“孤島”（類(lèi)似死銅），因為位于接地“孤島”內的IC接地引腳沒(méi)有通向接地層的電流返回路徑。另外應檢查接地層的相鄰大面積間有無(wú)薄弱連接，否則可能大幅降低接地層有效性。毫無(wú)疑問(wèn)，自動(dòng)布線(xiàn)技術(shù)一般不適合混合信號電路板的設計，因此強烈建議手動(dòng)布線(xiàn) 由表面貼裝IC高密度集成的系統中有大量互連，必須使用多層電路板。這樣，至少一整層可專(zhuān)用于接地。簡(jiǎn)單的4層電路板有內部接地和電源層，外面兩層用于表面貼裝元件的互連。電源層和接地層彼此相鄰可以提供額外的層間電容（目前沒(méi)有任何分立元件可以實(shí)現層間電容的效果），有助于電源的高頻去耦。大多數系統中，4層也嫌不足，還需要其他層用于信號和電源的走線(xiàn)。
多卡混合信號系統
在多卡系統中，降低接地阻抗的最佳方式是使用“母板”P(pán)CB作為卡間互連背板，從而為背板提供連續接地層。PCB連接器的引腳應至少有30至40%專(zhuān)用于接地，這些引腳應連接到背板母板上的接地層。
圖 3 ：多點(diǎn)接地概念
最后，實(shí)現整體系統接地方案有兩種可能途徑： 1、背板接地層可通過(guò)多個(gè)點(diǎn)連接到機殼接地，從而擴散各種接地電流返回路徑。該方法通常稱(chēng)為“多點(diǎn)”接地系統，如圖3所示。 2、接地層可連接到單個(gè)系統“星型接地”點(diǎn)（一般位于電源）。
第一種方法最常用于全數字系統，但可用于混合信號系統，前提是由數字電路產(chǎn)生的接地電流足夠低，并在大面積上擴散。PC板、背板、機殼都保持著(zhù)低阻路徑。但是，在地面連接到金屬板機箱的地方進(jìn)行良好的電氣接觸至關(guān)重要。這需要自攻螺釘（就是那種月擰越緊的常用尖頭螺絲）和咬合墊圈。機殼材料使用陽(yáng)極氧化鋁（就是機殼表面鍍了一層氧化鋁，不導電）時(shí)必須特別小心，此時(shí)機殼表就是絕緣體了（意思此方法不可行了）。
第二種方法（“星型接地”）通常用于具有獨立的模擬和數字地面系統的高速混合信號系統，并且需要進(jìn)一步討論。
串口的組成分離模擬和數字接地層
在使用了大量數字電路的混合信號系統中，最好在物理上分離敏感的模擬元件與多噪聲的數字元件。另外針對模擬和數字電路使用分離的接地層也很有利。避免重疊可以將兩者間的容性耦合降至最低。分離的模擬和數字接地層通過(guò)母板接地層或“接地網(wǎng)”（由連接器接地引腳間的一連串有線(xiàn)互連構成），在背板上繼續延伸。如圖4所示，兩層一直保持分離，直至回到共同的系統“星型”接地，一般位于電源端口。接地層、電源和“星型”接地間的連接應由多個(gè)總線(xiàn)條或寬銅織帶構成，以便獲得最小的電阻和電感。每個(gè)PCB上插入背對背肖特基二極管，以防止插拔卡時(shí)兩個(gè)接地系統間產(chǎn)生意外直流電壓。此電壓應小于300 mV，以免損壞同時(shí)與模擬和數字接地層相連的IC。推薦使用肖特基二極管，它具有低電容和低正向壓降。低電容可防止模擬與數字接地層間發(fā)生交流耦合。肖特基二極管在約300 mV時(shí)開(kāi)始導電，如果預期有高電流，可能需要數個(gè)并聯(lián)的二極管。某些情況下，磁珠可替代肖特基二極管，但會(huì )引入直流接地環(huán)路，在高精度系統中會(huì )很麻煩。
圖 4 ：分離模擬和數字接地層 接地層阻抗必須盡可能低，直至回到系統星型接地。兩個(gè)接地層間高于300 mV的直流或交流電壓不僅會(huì )損壞IC，還會(huì )導致邏輯門(mén)的誤觸發(fā)以及可能的閉鎖。
具有低數字電流的混合信號IC的接地和去耦
放大器和電壓參考等敏感模擬組件始終參考并解耦合到模擬地平面。低數字電流的ADC和DAC（以及其他混合信號IC）通常應該被視為模擬器件，并且也可以接地和解耦到模擬接地層。乍看之下，這一要求似乎有些矛盾，因為轉換器具有模擬和數字接口，且通常有指定為模擬接地(AGND)和數字接地(DGND)的引腳。圖5中的圖示有助于解釋這一表面困境。
圖 5 ：具有低內部數字電流的混合信號 IC 的正確接地
同時(shí)具有模擬和數字電路的IC（例如ADC或DAC）內部，地端口通常保持獨立，以免將數字信號耦合至模擬電路內。圖5顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的轉換器模型。將芯片焊盤(pán)連接到封裝引腳難免產(chǎn)生線(xiàn)焊電感和電阻，IC設計人員對此是無(wú)能為力的，心中清楚即可?？焖僮兓臄底蛛娏髟贐點(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封裝每個(gè)引腳間約有0.2pF的雜散電容，同樣無(wú)法避免！IC設計人員的任務(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應通過(guò)最短的引線(xiàn)在外部連在一起，并接到模擬接地層。DGND連接內的任何額外阻抗將在B點(diǎn)產(chǎn)生更多數字噪聲，繼而使更多數字噪聲通過(guò)雜散電容耦合至模擬電路。
請注意，將DGND連接到數字接地層會(huì )在A(yíng)GND和DGND引腳兩端施加VNOISE，帶來(lái)嚴重問(wèn)題！ IC上的“DGND”名稱(chēng)表示此引腳連接到IC的數字地，但并不意味著(zhù)此引腳必須連接到系統的數字地。 這種安排確實(shí)可能給模擬接地層注入少量數字噪聲。但這些電流非常小，只要確保轉換器輸出不會(huì )驅動(dòng)較大扇出（通常不會(huì )如此設計）就能降至最低。
將轉換器數字端口上的扇出降至最低，還能讓轉換器邏輯轉換少受振鈴影響，盡可能減少數字開(kāi)關(guān)電流，從而降低耦合至轉換器模擬端口的可能。通過(guò)插入小型有損鐵氧體磁珠，如圖5所示，邏輯電源引腳(VD)可進(jìn)一步與模擬電源隔離。轉換器的內部瞬態(tài)數字電流將在小環(huán)路內流動(dòng)，從VD經(jīng)去耦電容到達DGND（此路徑用圖中粗實(shí)線(xiàn)表示）。因此瞬態(tài)數字電流不會(huì )出現在外部模擬接地層上，而是局限于環(huán)路內。VD引腳去耦電容應盡可能靠近轉換器安裝，以便將寄生電感降至最低。這些去耦電容應為低電感陶瓷型，通常介于0.01 μF和0.1 μF之間。
小心處理ADC數字輸出
將緩沖寄存器放置在轉換器旁（如圖5所示）不失為好辦法，可將轉換器數字線(xiàn)路與數據總線(xiàn)上的噪聲隔離開(kāi)。緩沖寄存器也有助于將轉換器數字輸出上的負載降至最低，同時(shí)提供數字輸出與數據總線(xiàn)間的法拉第屏蔽。盡管許多轉換器具有三態(tài)輸出/輸入，但此隔離寄存器依然代表著(zhù)一種良好的設計方式。某些情況下，可能需要在模擬接地層上緊靠轉換器輸出添加額外的緩沖寄存器，以提供更好的隔離。 ADC輸出與緩沖寄存器輸入間的串聯(lián)電阻（圖5中標示為“R”）有助于將數字瞬態(tài)電流降至最低，這些電流可能影響轉換器性能。電阻可將數字輸出驅動(dòng)器與緩沖寄存器輸入的電容隔離開(kāi)。此外，由串聯(lián)電阻和緩沖寄存器輸入電容構成的RC網(wǎng)絡(luò )用作低通濾波器，以減緩快速邊沿。 典型CMOS柵極與PCB走線(xiàn)和通孔結合在一起，將產(chǎn)生約10 pF的負載。如果無(wú)隔離電阻，1 V/ns的邏輯輸出壓擺率將產(chǎn)生10 mA的動(dòng)態(tài)電流：
驅動(dòng)10 pF的寄存器輸入電容時(shí)，500 Ω串聯(lián)電阻可將此輸出電流降至最低，并產(chǎn)生約11 ns的上升和下降時(shí)間： 
TTL型緩沖寄存器具有較高輸入電容，可明顯增加動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān)電流，應避免使用該類(lèi)芯片。 緩沖寄存器和其他數字電路應接地并去耦至PC板的數字接地層。
請注意，模擬與數字接地層間的任何噪聲均可降低轉換器數字接口上的噪聲裕量。由于數字噪聲抗擾度在數百或數千毫伏水平，因此一般不太可能有問(wèn)題。模擬接地層噪聲通常不高，但如果數字接地層上的噪聲（相對于模擬接地層）超過(guò)數百毫伏，則應采取措施減小數字接地層阻抗，從而將數字噪聲裕量保持在可接受的水平。任何情況下，兩個(gè)接地層之間的電壓不得超過(guò)300 mV，否則IC可能受損。 另外最好分離模擬與數字電路的電源，即使兩者電壓相同。模擬電源應當用于為轉換器供電。如果轉換器具有指定的數字電源引腳(VD)，應采用獨立模擬電源供電，或者如圖所示進(jìn)行濾波。所有轉換器電源引腳應去耦至模擬接地層，所有邏輯電路電源引腳應去耦至數字接地層，如圖6所示。
圖 6 ：接地和去耦點(diǎn)
某些情況下，不可能將VD連接到模擬電源。一些較新的高速I(mǎi)C可能采用+5 V電源為模擬電路供電，而采用+3 V電源為數字接口供電，以便與3 V邏輯接口。這種情況下，IC的+3 V引腳應直接去耦至模擬接地層。另外建議將鐵氧體磁珠與電源走線(xiàn)串聯(lián)，以便將引腳連接到+3 V數字邏輯電源。 采樣時(shí)鐘發(fā)生電路應與模擬電路同樣對待，也接地并深度去耦至模擬接地層。采樣時(shí)鐘上的相位噪聲會(huì )降低系統SNR，下文將予以討論。
采樣時(shí)鐘注意事項
在高性能采樣數據系統中，應使用低相位噪聲振蕩器產(chǎn)生ADC（或DAC）采樣時(shí)鐘，采樣時(shí)鐘抖動(dòng)干擾模擬輸入/輸出信號，并提高噪聲和失真的嚴重度。采樣時(shí)鐘發(fā)生器應與高噪聲數字電路隔離開(kāi)，同時(shí)接地并去耦至模擬接地層，與處理運算放大器和ADC一樣。采樣時(shí)鐘抖動(dòng)對ADC信噪比(SNR)的影響可用以下公式近似計算： 
唯一的噪聲源來(lái)自均方根采樣時(shí)鐘抖動(dòng)tj。注意，以上公式中的f是模擬輸入頻率。通過(guò)簡(jiǎn)單示例可知，如果tj = 50 ps rms，f = 100 kHz，則SNR = 90 dB，相當于約15位的動(dòng)態(tài)范圍。時(shí)鐘抖動(dòng)對SNR的這一影響在教程MT-007中有詳細論述。不過(guò)，在大多數高性能ADC中，內部孔徑抖動(dòng)與采樣時(shí)鐘上的抖動(dòng)相比可以忽略。 理想情況下，采樣時(shí)鐘振蕩器應參考分離接地系統中的模擬接地層。不過(guò)由于系統限制，此方法未必可行。許多情況下，采樣時(shí)鐘必須從數字接地層上產(chǎn)生的更高頻率、多用途系統時(shí)鐘獲得，接著(zhù)必須從數字接地層上的原點(diǎn)傳遞至模擬接地層上的ADC。兩層之間的接地噪聲直接添加到時(shí)鐘信號，并產(chǎn)生過(guò)度抖動(dòng)。抖動(dòng)可造成信噪比降低，還會(huì )產(chǎn)生干擾諧波。
圖 7 ：從數模接地層進(jìn)行采樣時(shí)鐘分配
通過(guò)使用圖7所示的小RF變壓器或高速差分驅動(dòng)器和接收機IC，發(fā)射采樣時(shí)鐘信號作為差分信號，可在某種程度上解決此問(wèn)題。許多高速ADC具有差分采樣時(shí)鐘輸入，更便于采用此方法。如果使用有源差分驅動(dòng)器和接收機，應選擇ECL、低電平ECL或LVDS，從而將相位抖動(dòng)降至最低。在+5 V單電源系統中，ECL邏輯可連接在地與+5 V (PECL)電源之間，并將輸出交流耦合至ADC采樣時(shí)鐘輸入。不管是哪種情況，原始主系統時(shí)鐘必須從低相位噪聲振蕩器產(chǎn)生，而不是DSP、微處理器或微控制器的時(shí)鐘輸出。 為了便于系統時(shí)鐘管理，ADI公司提供一系列時(shí)鐘產(chǎn)生和分配產(chǎn)品和全套鎖相環(huán)(PLL)方案。
混合信號接地混淆的起源：將單卡接地概念應用于多卡系統
大多數ADC、DAC和其他混合信號器件數據手冊是針對單個(gè)PCB討論接地，通常是制造商自己的評估板。將這些原理應用于多卡或多ADC/DAC系統時(shí)，就會(huì )讓人感覺(jué)困惑茫然。通常建議將PCB接地層分為模擬層和數字層。另外建議將轉換器的AGND和DGND引腳連接在一起，并且在同一點(diǎn)連接模擬接地層和數字接地層，如圖8所示。這樣就基本在混合信號器件上產(chǎn)生了系統“星型”接地。
圖 8 ：混合信號 IC 接地 ：?jiǎn)蝹€(gè) PC 板（典型評估 / 測試板）
所有高噪聲數字電流通過(guò)數字電源流入數字接地層，再返回數字電源；與電路板敏感的模擬部分隔離開(kāi)。系統星型接地結構出現在混合信號器件中模擬和數字接地層連接在一起的位置。該方法一般用于具有單個(gè)PCB和單個(gè)ADC/DAC的簡(jiǎn)單系統，通常不適合多卡混合信號系統。在不同PCB（或適用情況的相同PCB）上具有數個(gè)ADC或DAC的系統中，模擬和數字接地層在數個(gè)點(diǎn)連接，使得建立接地環(huán)路成為可能，而單點(diǎn)“星型”接地系統則不可能。鑒于以上原因，單點(diǎn)接地方法不適用于多卡系統，上述方法應當用于具有低數字電流的混合信號IC。 ?
多卡系統中具有低數字電流的混合信號器件的接地
? 圖9總結了上述具有低數字電流的混合信號器件的接地方法。由于小數字瞬態(tài)電流流入去耦電容VD與DGND（顯示為粗實(shí)線(xiàn)）間的小環(huán)路，模擬接地層未被破壞?；旌闲盘柶骷m合作為模擬元件的所有應用。接地層間的噪聲VN會(huì )降低數字接口上的噪聲裕量，但如果使用低阻抗數字接地層保持在300 mV以下，且一直回到系統星型接地，則一般無(wú)不利影響。
圖 9 ：具有低內部數字電流的混合信號 IC 的接地 ：多個(gè) PC 板
不過(guò)，Σ-Δ型ADC、編解碼器和DSP等具有片內模擬功能的混合信號器件數字化集成度越來(lái)越高。再加上其他數字電路，使數字電流和噪聲越來(lái)越大。例如，Σ-Δ型ADC或DAC含有復雜的數字濾波器，會(huì )大量增加器件內的數字電流。上述方法依靠VD與DGND間的去耦電容，將數字瞬態(tài)電流隔離在小環(huán)路內。此處，如果數字電流太大，且具有直流或低頻成分，去耦電容可能因過(guò)大而變得不可行。在VD與DGND間的環(huán)路外流動(dòng)的任何數字電流必須流經(jīng)模擬接地層。這可能會(huì )降低性能，特別是在高分辨率系統中。 多大的數字電流流經(jīng)模擬地會(huì )變得不可接受，這很難預測。目前我們只能推薦可能效果較好的替代方案。
多卡系統中具有高數字電流的混合信號器件的接地
圖10中顯示了適合高數字電流混合信號器件的替代接地方法?；旌闲盘柶骷腁GND連接到模擬接地層，而DGND連接到數字接地層。數字電流與模擬接地層隔離開(kāi)，但兩個(gè)接地層之間的噪聲直接施加于器件的AGND與DGND引腳間。為了成功實(shí)施本方法，混合信號器件內的模擬和數字電路必須充分隔離。AGND與DGND引腳間的噪聲不得過(guò)大，以免降低內部噪聲裕量或損壞內部模擬電路。
圖 10 ：具有高數字電流的混合信號 IC 的替代接地法 ：多個(gè) PC 板 圖10所示可選用連接模擬和數字接地層的肖特基二極管（背對背）或鐵氧體磁珠連接模擬地和數字地。肖特基二極管可防止兩層兩端產(chǎn)生大的直流電壓或低頻電壓尖峰。如果這些電壓超過(guò)300 mV，由于是直接出現在A(yíng)GND與DGND引腳之間，可能會(huì )損壞混合信號IC。作為背對背肖特基二極管的備選器件，鐵氧體磁珠可在兩層間提供直流連接，但在高于數MHz的頻率下，由于鐵氧體磁珠變?yōu)殡娮?，?huì )導致隔離。這可以保護IC不受AGND與DGND間直流電壓的影響，但鐵氧體磁珠提供的直流連接可能引入無(wú)用的直流接地環(huán)路，因此可能不適合高分辨率系統。 AGND與DGND引腳在具有高數字電流的特殊IC內分離時(shí)，必要時(shí)應設法將其連接在一起。通過(guò)跳線(xiàn)或帶線(xiàn)，可以嘗試兩種方法，看看哪一種提供最佳的系統整體性能。
接地總結
沒(méi)有單一的一種接地方法能始終保證100%最佳性能！本節根據所考慮的特定混合信號器件的特性提出了幾種可能的選項。但在實(shí)施初始PC板布局時(shí)，提供盡可能多的選項會(huì )很有幫助。（比如設置一些連接點(diǎn)，實(shí)驗時(shí)測試連接上和斷開(kāi)對系統的影響） PC板必須至少有一層專(zhuān)用于接地層！初始繪制電路板布局時(shí)就要保證非重疊的模擬和數字接地層，如果需要，應在多個(gè)位置提供焊盤(pán)和過(guò)孔，以便安裝背對背肖特基二極管或鐵氧體磁珠。提供焊盤(pán)和過(guò)孔也極為重要，需要時(shí)可以使用跳線(xiàn)將模擬和數字接地層連接在一起。目前，預測“多點(diǎn)”（單一接地層）還是“星型”接地（分離模擬和數字接地層）方法能提供最佳整體系統性能還很困難；因此，可能需要使用跳線(xiàn)對最終PC板做一些實(shí)驗。 如果感覺(jué)沒(méi)有信心，最好先分離模擬和數字接地層，以后再用跳線(xiàn)連接，而不要一開(kāi)始就使用單一接地層，隨后又嘗試分離！
混合信號系統的一些通用的PC板布局指南
很顯然，仔細斟酌系統布局并防止不同信號彼此干擾，可以將噪聲降至最低。高電平模擬信號應與低電平模擬信號隔離開(kāi)，兩者均應遠離數字信號。我們曾經(jīng)在波形采樣和重建系統中發(fā)現，采樣時(shí)鐘（數字信號）與模擬信號一樣易受噪聲影響，同時(shí)與數字信號一樣易于產(chǎn)生噪聲，因此必須與模擬和數字系統都隔離開(kāi)。如果在時(shí)鐘分配中使用時(shí)鐘驅動(dòng)器封裝，應僅有一個(gè)頻率時(shí)鐘通過(guò)單個(gè)封裝。在相同封裝內的不同頻率時(shí)鐘間共享驅動(dòng)器將產(chǎn)生過(guò)度抖動(dòng)和串擾，并降低性能。 在敏感信號穿過(guò)的地方，接地層可發(fā)揮屏蔽作用。圖11顯示了數據采集電路板的良好布局，其中所有敏感區域彼此隔離開(kāi)，且信號路徑盡量短。雖然實(shí)際布局不太可能如此整潔，但基本原則仍然適用。
圖 11 ：在 PCB 布局中應將模擬和數字電路分開(kāi)
執行信號和電源連接時(shí)有許多要點(diǎn)需要考慮。首先，連接器是系統中所有信號傳輸線(xiàn)必須并行的幾個(gè)位置之一，因此它們必須與接地引腳分開(kāi)（形成法拉第屏蔽），以減少其間的耦合。 進(jìn)行信號和電源連接時(shí)需要考慮許多要點(diǎn)。首先，連接器是系統中所有信號傳輸線(xiàn)必須并行的幾個(gè)位置之一，因此它們必須用接地引腳分開(kāi)（形成法拉第屏蔽），以減少其間的耦合。（解釋一下這一段，連接器指的就是那種FPC排線(xiàn)一類(lèi)的東東，這些信號中所有信號都是平行連接的，每隔一個(gè)信號線(xiàn)定義一個(gè)地線(xiàn)可以很好的隔離信號之間的干擾） 多接地引腳非常重要還有另一原因：可以降低電路板與背板間結點(diǎn)的接地阻抗。
對于新電路板，PCB連接器單一引腳的接觸電阻很低（10 mΩ水平），隨著(zhù)電路板變舊，接觸電阻可能升高，電路板性能會(huì )受影響。因此通過(guò)分配額外PCB連接器引腳來(lái)增加接地連接很有必要（PCB連接器上所有引腳中約30至40%應為接地引腳）。出于同樣的理由，每個(gè)電源連接應有數個(gè)引腳，當然數量不必像接地引腳一樣多。 ADI公司和其他高性能混合信號IC制造商提供評估板來(lái)協(xié)助客戶(hù)進(jìn)行初始評估和布局。ADC評估板一般包含片上低抖動(dòng)采樣時(shí)鐘振蕩器、輸出寄存器和適當的電源和信號連接器。另外還有額外的支持電路，例如ADC輸入緩沖放大器和外部基準電壓。 評估板布局已針對接地、去耦和信號路徑進(jìn)行優(yōu)化，可用作系統內ADC PC板布局的模型。實(shí)際評估板布局通常由ADC制造商以電腦CAD文件形式（Gerber文件）提供。許多情況下，器件數據手冊都會(huì )提供各層的布局。
審核編輯：黃飛
工商網(wǎng)監
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