隔離還是分割：哪一種對(duì)接地層重要？

　　一個(gè)常見(jiàn)問(wèn)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(kāi)關(guān)期間，邏輯飽和從其電流吸引強(qiáng)、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(huì)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(huì)干擾低級(jí)模擬電路。因此，這個(gè)問(wèn)題應(yīng)該是如何防止數(shù)字邏輯接地電流污染混合信號(hào)PCB上的低級(jí)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(wèn)題—特別是在一些大型、復(fù)雜系統(tǒng)中。

　　圖 3 高內(nèi)部數(shù)字電流數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器接地

　　共有兩條基本的電磁兼容（EMC）原則：

　　1、電流應(yīng)返回其本地源，并且要盡可能地緊湊。否則，應(yīng)構(gòu)建環(huán)路天線。

　　2、一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)只有一個(gè)基準(zhǔn)層，因?yàn)閮蓚€(gè)基準(zhǔn)會(huì)形成一個(gè)偶極天線。

　　在EMC測(cè)試期間，當(dāng)在接地或者電源層中某個(gè)插槽或者縫隙之間布置線路時(shí)可觀察到大多數(shù)問(wèn)題。由于這種布線會(huì)引起輻射和串?dāng)_問(wèn)題，因此我們不建議使用。

　　重要的是，清楚地知道某個(gè)分割層中的接地電流如何流動(dòng)以及流向何處。大多數(shù)設(shè)計(jì)人員只想到了信號(hào)電流流向何處，而忽略了返回電流的路徑。高頻信號(hào)有一個(gè)特點(diǎn)：沿阻抗（電感）最低的路徑流動(dòng)。路徑電感由路徑圈起的環(huán)路面積大小決定。電流返回源必須經(jīng)過(guò)的面積越大，電感也就越大。最小電感路徑直接靠近線路。因此，不管是哪一層—電源或者接地—返回電流都在與線路相鄰的層上流動(dòng)。電流在該層內(nèi)會(huì)微有擴(kuò)散，并且保持在線路下面。本質(zhì)上而言，其精確分布情況與高斯曲線類(lèi)似。圖4表明，返回電流直接位于信號(hào)線路下面。這會(huì)形成一條最小阻抗的路徑。

　　圖 4 返回電流分布情況

　　返回路徑的電流分布曲線為：

　　IO為總信號(hào)電流（A），h為線路厚度（cm），而D為距離線路的長(zhǎng)度（cm）。由該方程式我們可知道，數(shù)字接地電流不愿流經(jīng)接地層的模擬部分，因此不會(huì)損壞模擬信號(hào)。

　　就基準(zhǔn)層而言，過(guò)孔間隙部分不干擾返回電流路徑，這一點(diǎn)很重要。如果存在障礙，返回電流便會(huì)另尋路徑繞過(guò)它，如圖5所示。但是，這種布線最有可能會(huì)引起電流的電磁場(chǎng)，干擾其它信號(hào)線路的磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生串?dāng)_問(wèn)題。另外，這種障礙會(huì)對(duì)它上面的線路阻抗產(chǎn)生不利影響，導(dǎo)致不連續(xù)以及EMI增加。

　　本系列文章第2部分將討論分割接地層存在的利和弊，并說(shuō)明多轉(zhuǎn)換器和多板系統(tǒng)的接地方法。

　　圖 5 有無(wú)插槽兩種情況的返回電流

　　參考文獻(xiàn)

　　1、“混合信號(hào)PCB分區(qū)與布局”，作者：H. W. Ott，2001年6月《印刷電路設(shè)計(jì)》第8-11頁(yè)。

　　2、《模數(shù)轉(zhuǎn)換器接地方法影響系統(tǒng)性能》，《應(yīng)用報(bào)告》，網(wǎng)址：www.ti.com/sbaa052-aaj

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　　數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器：

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