混合信號(hào)系統(tǒng)接地揭秘之第二部分

21ic訊 本文是系列文章(共2部分)的第2部分。第1部分(見參考1)為你解釋了一些典型專業(yè)術(shù)語和接地層，并介紹了分區(qū)方法。第2部分將討論分割接地層的利弊。另外，文章還將解釋多轉(zhuǎn)換器和多板系統(tǒng)接地。

如果分割接地層并且線路穿過分割線(如圖1所示)，那么電流返回通路在哪里呢?假設(shè)兩個(gè)層在某處連接(通過在一個(gè)單獨(dú)點(diǎn))，則返回電流必在該大型環(huán)路內(nèi)流動(dòng)。大型環(huán)路內(nèi)的高頻電流產(chǎn)生輻射和高接地電感。大型環(huán)路內(nèi)的低電平模擬電流易受干擾的影響。

圖1 穿過接地層分割的信號(hào)線跡

如果兩個(gè)層僅在電源處連接(圖2)，則返回電流被迫直接流回電源接地，這是一個(gè)真正的大型環(huán)路!另外，不幸的是，不同RF電勢(shì)下使用長線纜連接的模擬和數(shù)字接地層，形成一個(gè)非常有效的偶極天線。

圖2在電源位置連接的分割層

首選使用一個(gè)持續(xù)接地層以避免這種長接地環(huán)路，但是如果使用分割接地層絕對(duì)必要并且線路穿過分割線，則各層應(yīng)首先在一個(gè)位置連接，以形成一個(gè)返回電流的橋(圖3)。對(duì)所有線路進(jìn)行布局，讓它們穿過該橋，直接在每條線路下面提供一條返回通路，從而產(chǎn)生一個(gè)非常小的環(huán)路面積。這種方法的典型應(yīng)用是權(quán)衡何時(shí)使用高分辨率(≥20-bit)Σ-Δ模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。

圖3 線路接地層橋接

通過分割層傳輸信號(hào)的其它方法是使用光隔離器(通過光)、變壓器(通過磁場(chǎng))或者一個(gè)真正的差動(dòng)信號(hào)(信號(hào)沿一條線路傳輸，然后在另一條線路上返回，無需返回電流接地)。

一種更好的方法是“分區(qū)”。僅使用一個(gè)接地層始終為首選，把PCB劃分為模擬部分和數(shù)字部分(參見圖4b)。模擬信號(hào)必須安排在板的模擬部分，而數(shù)字信號(hào)必須安排在板的數(shù)字部分，并且所有層上都有這兩個(gè)部分。在這種情況下，數(shù)字返回電流不會(huì)存在于接地層的模擬部分，并且保持在數(shù)字信號(hào)線跡下面。圖4比較了一個(gè)分割層和一個(gè)分區(qū)層。

圖4 接地層布局

分區(qū)方法存在的唯一問題是，當(dāng)模擬信號(hào)錯(cuò)誤地安排在板的數(shù)字部分(反之亦然)時(shí)則難以有效，如圖5所示。因此，對(duì)于所有PCB布局而言，重點(diǎn)是使用一個(gè)單個(gè)接地層，把它劃分為模擬和數(shù)字部分，然后運(yùn)用信號(hào)安排原則。

圖5 錯(cuò)誤安排的數(shù)字信號(hào)線跡