關(guān)于混合信號(hào)接地，這些知識(shí)點(diǎn)很重要
發(fā)布時(shí)間：2021-03-11 14:29:03 點(diǎn)擊次數(shù)：182
混合信號(hào)接地的困惑本源
大多數(shù) ADC、DAC 和其他混合信號(hào)器材數(shù)據(jù)手冊(cè)是針對(duì)單個(gè) PCB 討論接地，一般是制造商自己的評(píng)價(jià)板。將這些原理應(yīng)用于多卡或多 ADC/DAC 體系時(shí)，就會(huì)讓人感覺(jué)困惑茫然。一般建議將 PCB 接地層分為模仿層和數(shù)字層，并將轉(zhuǎn)換器的 AGND 和 DGND 引腳銜接在一起，并且在同一點(diǎn)銜接模仿接地層和數(shù)字接地層。
這樣就基本在混合信號(hào)器材上發(fā)生了體系“星型”接地。一切高噪聲數(shù)字電流經(jīng)過(guò)數(shù)字電源流入數(shù)字接地層，再回來(lái)數(shù)字電源;與電路板靈敏的模仿部分隔脫離。體系星型接地結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在混合信號(hào)器材中模仿和數(shù)字接地層銜接在一起的方位。
該辦法一般用于具有單個(gè) PCB 和單個(gè) ADC/DAC 的簡(jiǎn)略體系，不適合多卡混合信號(hào)體系。在不同 PCB(甚至在相同 PCB 上)上具有數(shù)個(gè) ADC 或 DAC 的體系中，模仿和數(shù)字接地層在多個(gè)點(diǎn)銜接，使得建立接地環(huán)路成為或許，而單點(diǎn)“星型”接地體系則不或許。鑒于以上原因，此接地辦法不適用于多卡體系，上述辦法應(yīng)當(dāng)用于具有低數(shù)字電流的混合信號(hào) IC。
具有低數(shù)字電流的混合信號(hào) IC 的接地和去耦
靈敏的模仿元件，例如放大器和基準(zhǔn)電壓源，有必要參閱和去耦至模仿接地層。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)視為模仿元件，同樣接地并去耦至模仿接地層。乍看之下，這一要求好像有些對(duì)立，由于轉(zhuǎn)換器具有模仿和數(shù)字接口，且一般有指定為模仿接地(AGND)和數(shù)字接地(DGND)的引腳。圖 2 有助于解說(shuō)這一兩難問(wèn)題。
同時(shí)具有模仿和數(shù)字電路的 IC(例如 ADC 或 DAC)內(nèi)部，接地一般堅(jiān)持獨(dú)立，避免將數(shù)字信號(hào)耦合至模仿電路內(nèi)。圖 2 顯現(xiàn)了一個(gè)簡(jiǎn)略的轉(zhuǎn)換器模型。將芯片焊盤(pán)銜接到封裝引腳難免發(fā)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)發(fā)生電壓，且必然會(huì)經(jīng)過(guò)雜散電容 CSTRAY 耦合至模仿電路的 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作業(yè)。
不過(guò)，為了避免進(jìn)一步耦合，AGND 和 DGND 應(yīng)經(jīng)過(guò)最短的引線在外部連在一起，并接到模仿接地層。DGND 銜接內(nèi)的任何額定阻抗將在 B 點(diǎn)發(fā)生更多數(shù)字噪聲;繼而使更多數(shù)字噪聲經(jīng)過(guò)雜散電容耦合至模仿電路。請(qǐng)注意，將 DGND 銜接到數(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”稱號(hào)表示此引腳銜接到 IC 的數(shù)字地，但并不意味著此引腳有必要銜接到體系的數(shù)字地。可以更準(zhǔn)確地將其稱為 IC 的內(nèi)部“數(shù)字回路”。
這種安排的確或許給模仿接地層帶來(lái)少量數(shù)字噪聲，但這些電流十分小，只需保證轉(zhuǎn)換器輸出不會(huì)驅(qū)動(dòng)較大扇出(一般不會(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，盡或許減少數(shù)字開(kāi)關(guān)電流，從而減少至轉(zhuǎn)換器模仿端口的耦合。經(jīng)過(guò)插入小型有損鐵氧體磁珠，如圖 2 所示，邏輯電源引腳 pin (VD)可進(jìn)一步與模仿電源阻隔。轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部瞬態(tài)數(shù)字電流將在小環(huán)路內(nèi)活動(dòng)，從 VD 經(jīng)去耦電容到達(dá) DGND (此路徑用圖中紅線表示)。因而瞬態(tài)數(shù)字電流不會(huì)出現(xiàn)在外部模仿接地層上，而是局限于環(huán)路內(nèi)。VD 引腳去耦電容應(yīng)盡或許靠近轉(zhuǎn)換器裝置，以便將寄生電感降至最低。去耦電容應(yīng)為低電感陶瓷型，一般介于 0.01 μF (10 nF)和 0.1 μF (100 nF) 之間。
