數(shù)字地和模擬地怎么分清楚？信號(hào)地、交流地怎么破？

　　模擬地和數(shù)字地都是“地”，那為什么還要分開(kāi)呢?且聽(tīng)一個(gè)故事。公司所在的商務(wù)樓共有3樓，2樓是搞模擬的，3樓是做數(shù)字的，整幢樓只有一部電梯，平時(shí)人少的時(shí)候還好辦，上2樓，上3樓互不影像，但每天早上上下班的時(shí)候就不得了了，人多得很，搞數(shù)字的要上3樓，總是被2樓的模擬影響，2樓模擬的人要下樓，總是要等電梯上了3樓，再下來(lái)，互相影響很是麻煩，商務(wù)樓的物業(yè)為解決這個(gè)問(wèn)題，提出了2個(gè)方案。

　　第1個(gè)(笑死人了)電梯擴(kuò)大，可以裝更多的人。電梯大了是好，但公司會(huì)招人，人又多了，再換電梯，再招人...永遠(yuǎn)死循環(huán)，有一個(gè)辦法到挺好，大家索性不要電梯，直接往下跳，不管2樓的、3樓的，肯定解決問(wèn)題，但肯定會(huì)出問(wèn)題(第1個(gè)被斃掉了)。

　　第2個(gè)裝2部電梯，一部專門(mén)上2樓，另一部專門(mén)上3樓。WondeRFul!太機(jī)智了，這樣2層樓面的工作人員就互不影響了。

　　明白了否?

　　數(shù)字地、模擬地互相會(huì)影響不是因?yàn)橐粋€(gè)叫數(shù)字，一個(gè)叫模擬，而是他們用了同一部電梯--地，而這部電梯所用的井道就是我們?cè)赑CB上布的地線。

　　模擬回路的電流走這條線，數(shù)字回路的電流也走這條線，本來(lái)無(wú)可厚非，線布著就是用來(lái)導(dǎo)通電流的，可問(wèn)題處在這根線上有電阻!而且最根本的問(wèn)題是走這條線的電流要去2個(gè)不同的回路。

　　假設(shè)一下，有2股電流，數(shù)流，模流同時(shí)從地出發(fā)。有2個(gè)器件，數(shù)件，模件。若2個(gè)回路不分開(kāi)，數(shù)流，模流回走到數(shù)件的接地端前的時(shí)候，損耗的電壓為V。

　　V=(數(shù)流+模流)X走線電阻相當(dāng)于數(shù)字器件的接地端相對(duì)于地端升高了V。數(shù)字器件不滿意了，我承認(rèn)會(huì)升高少許電壓，數(shù)流的那部分我認(rèn)了，但模流的為什么要加在我頭上?同理，模擬器件也會(huì)同樣抱怨。

　　提供兩個(gè)解決方案第1個(gè)：你布的PCB線沒(méi)有阻抗，自然不會(huì)引起干擾，就像2、3樓直接往下跳，那是井道最寬的時(shí)候，也就是可以裝一個(gè)無(wú)限大的電梯，自然誰(shuí)都不影響誰(shuí)，但誰(shuí)都知道，this is mission impossible。

　　第2個(gè)：2條回路分開(kāi)走，數(shù)流，模流分開(kāi)，既數(shù)地、模地分開(kāi)。

　　同理，有時(shí)雖在模擬回路中，但也要分大、小電流回路，就是避免相互干擾。所謂的干擾就是：2個(gè)不同回路中的電流在PCB走線上引起的電壓，這2部分電壓互相疊加而產(chǎn)生的。

　　一、分為數(shù)字地和模擬地的原因由于數(shù)字信號(hào)一般為矩形波，帶有大量的諧波。如果電路板中的數(shù)字地與模擬地沒(méi)有從接入點(diǎn)分開(kāi)，數(shù)字信號(hào)中的諧波很容易會(huì)干擾到模擬信號(hào)的波形。當(dāng)模擬信號(hào)為高頻或強(qiáng)電信號(hào)時(shí)，也會(huì)影響到數(shù)字電路的正常工作。模擬電路涉及弱小信號(hào)，但是數(shù)字電路門(mén)限電平較高，對(duì)電源的要求就比模擬電路低些。既有數(shù)字電路又有模擬電路的系統(tǒng)中，數(shù)字電路產(chǎn)生的噪聲會(huì)影響模擬電路，使模擬電路的小信號(hào)指標(biāo)變差，克服的辦法是分開(kāi)模擬地和數(shù)字地。存在問(wèn)題的根本原因是，無(wú)法保證電路板上銅箔的電阻為零，在接入點(diǎn)將數(shù)字地和模擬地分開(kāi)，就是為了將數(shù)字地和模擬地的共地電阻降到最小。?

　　二、數(shù)字地和模擬地處理的基本原則如下如果把模擬地和數(shù)字地大面積直接相連，會(huì)導(dǎo)致互相干擾。不短接又不妥。對(duì)于低頻模擬電路，除了加粗和縮短地線之外，電路各部分采用一點(diǎn)接地是抑制地線干擾的最佳選擇，主要可以防止由于地線公共阻抗而導(dǎo)致的部件之間的互相干擾。而對(duì)于高頻電路和數(shù)字電路，由于這時(shí)地線的電感效應(yīng)影響會(huì)更大，一點(diǎn)接地會(huì)導(dǎo)致實(shí)際地線加長(zhǎng)而帶來(lái)不利影響，這時(shí)應(yīng)采取分開(kāi)接地和一點(diǎn)接地相結(jié)合的方式。另外對(duì)于高頻電路還要考慮如何抑制高頻輻射噪聲，方法是：盡量加粗地線，以降低噪聲對(duì)地阻抗;滿接地，即除傳輸信號(hào)的印制線以外，其他部分全作為地線。不要有無(wú)用的大面積銅箔。地線應(yīng)構(gòu)成環(huán)路，以防止產(chǎn)生高頻輻射噪聲，但環(huán)路所包圍面積不可過(guò)大，以免儀器處于強(qiáng)磁場(chǎng)中時(shí)，產(chǎn)生感應(yīng)電流。但如果只是低頻電路，則應(yīng)避免地線環(huán)路。數(shù)字電源和模擬電源最好隔離，地線分開(kāi)布置，如果有A/D，則只在此處單點(diǎn)共地。低頻中沒(méi)有多大影響，但建議模擬和數(shù)字一點(diǎn)接地。高頻時(shí)，可通過(guò)磁珠把模擬和數(shù)字地一點(diǎn)共地。

　　三、四種解決方法

　　模擬地和數(shù)字地間的串接可以采用四種方式：

　　1、用磁珠連接;

　　2、用電容連接(利用電容隔直通交的原理);

　　3、用電感連接(一般用幾u(yù)H到數(shù)十uH);

　　4、用0歐姆電阻連接。

　　下面重點(diǎn)介紹一下磁珠和0歐姆電阻：

　　一般情況下，用0歐電阻是最佳選擇，

　　1、可保證直流電位相等;

　　2、單點(diǎn)接地，限制噪聲;

　　3、對(duì)所有頻率的噪聲都有衰減作用(0歐也有阻抗，而且電流路徑狹窄，可以限制噪聲電流通過(guò));

　　4、電容(利用電容隔直通交的原理)。磁珠采用在高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結(jié)面成，專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率，等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。它比普通的電感有更好的高頻濾波特性，在高頻時(shí)呈現(xiàn)阻性，所以能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持較高的阻抗，從而提高調(diào)頻濾波效果。磁珠對(duì)高頻信號(hào)才有較大阻礙作用，一般規(guī)格有100歐/100mMHZ，它在低頻時(shí)電阻比電感小得多。鐵氧體磁珠(Ferrite Bead)是目前應(yīng)用發(fā)展很快的一種抗干擾組件，廉價(jià)、易用，濾除高頻噪聲效果顯著。

　　鐵氧體磁珠不僅可用于電源電路中濾除高頻噪聲(可用于直流和交流輸出)，還可廣泛應(yīng)用于其它電路，其體積可以做得很小。特別是在數(shù)字電路中，由于脈沖信號(hào)含有頻率很高的高次諧波，也是電路高頻輻射的主要根源，所以可在這種場(chǎng)合發(fā)揮磁珠的作用。在電路中只要導(dǎo)線穿過(guò)它即可。當(dāng)導(dǎo)線中電流穿過(guò)時(shí)，鐵氧體對(duì)低頻電流幾乎沒(méi)有什么阻抗，而對(duì)較高頻率的電流會(huì)產(chǎn)生較大衰減作用。

　　除了數(shù)字地和模擬地，在控制系統(tǒng)中，還有好幾種地線：(1)數(shù)字地：也叫邏輯地，是各種開(kāi)關(guān)量(數(shù)字量)信號(hào)的零電位。(2)模擬地：是各種模擬量信號(hào)的零電位。(3)信號(hào)地：通常為傳感器的地。(4)交流地：交流供電電源的地線，這種地通常是產(chǎn)生噪聲的地。(5)直流地：直流供電電源的地。

　　(6)屏蔽地：也叫機(jī)殼地，為防止靜電感應(yīng)和磁場(chǎng)感應(yīng)而設(shè)。

　　作為一個(gè)地主，你該怎么處理這么多的“地”?這里，有幾條經(jīng)驗(yàn)可用：

　　(1)控制系統(tǒng)宜采用一點(diǎn)接地。一般情況下,高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地，低頻電路應(yīng)一點(diǎn)接地。在低頻電路中，布線和元件間的電感并不是什么大問(wèn)題，然而接地形成的環(huán)路的干擾影響很大，因此，常以一點(diǎn)作為接地點(diǎn);但一點(diǎn)接地不適用于高頻，因?yàn)楦哳l時(shí)，地線上具有電感因而增加了地線阻抗，同時(shí)各地線之間又產(chǎn)生電感耦合。一般來(lái)說(shuō)，頻率在1MHz以下,可用一點(diǎn)接地;高于10MHz時(shí)，采用多點(diǎn)接地;在1～10MHz之間可用一點(diǎn)接地，也可用多點(diǎn)接地。

　　(2)交流地與信號(hào)地不能共用。由于在一段電源地線的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)mV甚至幾V電壓，對(duì)低電平信號(hào)電路來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)非常重要的干擾，因此必須加以隔離和防止。

　　(3)浮地與接地的比較。全機(jī)浮空即系統(tǒng)各個(gè)部分與大地浮置起來(lái)，這種方法簡(jiǎn)單，但整個(gè)系統(tǒng)與大地絕緣電阻不能小于50MΩ。這種方法具有一定的抗干擾能力，但一旦絕緣下降就會(huì)帶來(lái)干擾。還有一種方法，就是將機(jī)殼接地，其余部分浮空。這種方法抗干擾能力強(qiáng)，安全可靠，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜。

　　(4)模擬地。模擬地的接法十分重要。為了提高抗共模干擾能力，對(duì)于模擬信號(hào)可采用屏蔽浮技術(shù)。對(duì)于具體模擬量信號(hào)的接地處理要嚴(yán)格按照操作手冊(cè)上的要求設(shè)計(jì)。

　　(5)屏蔽地。在控制系統(tǒng)中為了減少信號(hào)中電容耦合噪聲、準(zhǔn)確檢測(cè)和控制，對(duì)信號(hào)采用屏蔽措施是十分必要的。根據(jù)屏蔽目的不同，屏蔽地的接法也不一樣。電場(chǎng)屏蔽解決分布電容問(wèn)題，一般接大地;電磁場(chǎng)屏蔽主要避免雷達(dá)、電臺(tái)等高頻電磁場(chǎng)輻射干擾。利用低阻金屬材料高導(dǎo)流而制成，可接大地。磁場(chǎng)屏蔽用以防磁鐵、電機(jī)、變壓器、線圈等磁感應(yīng)，其屏蔽方法是用高導(dǎo)磁材料使磁路閉合，一般接大地為好。當(dāng)信號(hào)電路是一點(diǎn)接地時(shí)，低頻電纜的屏蔽層也應(yīng)一點(diǎn)接地。如果電纜的屏蔽層地點(diǎn)有一個(gè)以上時(shí)，將產(chǎn)生噪聲電流，形成噪聲干擾源。當(dāng)一個(gè)電路有一個(gè)不接地的信號(hào)源與系統(tǒng)中接地的放大器相連時(shí)，輸入端的屏蔽應(yīng)接至放大器的公共端;相反，當(dāng)接地的信號(hào)源與系統(tǒng)中不接地的放大器相連時(shí)，放大器的輸入端也應(yīng)接到信號(hào)源的公共端。

　　對(duì)于電氣系統(tǒng)的接地，要按接地的要求和目的分類，不能將不同類接地簡(jiǎn)單地、任意地連接在一起，而是要分成若干獨(dú)立的接地子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)都有其共同的接地點(diǎn)或接地干線，最后才連接在一起，實(shí)行總接地。