我应该如何连接 AGND 和 DGND

电器工程 pcb设计 地面 接地
2022-01-11 03:30:56

我一直在阅读有关混合信号系统中的接地的信息。我是否认为最好将模拟和数字元素组合在一起,然后有一个单一的接地层,只要数字路由不通过模拟部分,并且模拟路由不通过数字部分?

左图中突出显示的部分显示了模拟接地,右侧突出显示了同一电路的数字接地。右侧的组件是一个带有 3 sigma-delta ADC 转换器的 80 引脚 MCU。

在此处输入图像描述

是不是更好

  1. 让 AGND 和 DGND 绑在 MCU 的 ADC 上
  2. 通过电感器/电阻器连接 DGND 和 AGND
  3. 有一个接地层(DGND = AGND)?

PS,我阅读的目的是防止 DGND 干扰 AGND,我将主接地层定义为 AGND

4个回答

将数字和模拟基础结合起来是一个颇具争议的问题,很可能会引发一场辩论/争论。很大程度上取决于你的背景是模拟、数字、射频等。这是基于我的经验和知识的一些评论,可能与其他人不同(我主要是数字/混合信号)

这实际上取决于您运行的频率类型(数字 I/O 和模拟信号)。任何关于组合/分离接地的工作都将是一项折衷的工作 - 您工作的频率越高,您在接地返回路径中容忍的电感就越少,并且相关的振铃将越多(以 5GHz 振荡的 PCB 是如果它以 100Khz 测量信号则无关紧要)。隔离接地的主要目的是使嘈杂的返回电流回路远离敏感回路。您可以通过以下几种方式之一执行这些操作:

星地

一种相当常见但相当激进的方法是尽可能长时间地将所有数字/模拟地分开,并仅在一个点将它们连接在一起。在您的示例 PCB 上,您将单独跟踪数字接地并将它们连接到最有可能的电源(电源连接器或调节器)。这样做的问题是,当您的数字需要与模拟交互时,该电流的返回路径是整个电路板的一半,然后又返回。如果它很嘈杂,您可以取消很多分离环路的工作,并创建一个环路区域以全面广播 EMI。您还会在接地回路中增加电感,这会导致电路板振铃。

击剑

对第一个方法更谨慎和平衡,你有一个坚实的接地平面,但尝试在嘈杂的返回路径中使用切口(制作没有铜的 U 形)来哄骗(但不是强制)返回电流以采取特定的路径(远离敏感的接地回路)。您仍在增加接地路径电感,但比星形接地要少得多。

实体平面

您承认任何接地层的牺牲都会增加电感,这是不可接受的。一个实心接地层为所有接地连接提供服务,电感最小。如果你正在做任何射频,这几乎是你必须采取的路线。距离物理分离是唯一可以用来减少噪声耦合的方法。

关于过滤的一句话

有时人们喜欢将铁氧体磁珠连接到不同的接地层。除非您正在设计直流电路,否则这很少有效 - 您更有可能在接地层上增加大量电感和直流偏移,并且可能会出现振铃。

A/D 桥接器

有时,你有很好的电路,除了 A/D 或 D/A 之外,模拟和数字很容易分离。在这种情况下,您可以有两个平面,在 A/D IC 下方有一条分隔线。这是一个理想的情况,在这种情况下,您有良好的分离并且没有穿过接地层的返回电流(除了在 IC 内部,它非常受控)。

注意:这篇文章可以用一些图片来做,我会看看周围并稍后添加它们。

实际上有一种趋势,即远离分割接地层,而是专注于布局分离和考虑返回电流路径。

  • 不要拆分地平面,在电路板的模拟和数字部分下方使用一个实心平面
  • 为低阻抗电流返回路径使用大面积接地层
  • 为地平面保留超过 75% 的电路板面积
  • 分离模拟和数字电源层
  • 在电源层旁边使用实心接地层
  • 定位模拟电源平面上的所有模拟组件和线路,以及数字电源平面上的所有数字组件和线路
  • 不要在电源层的分叉上布线走线,除非必须穿过电源层分叉的走线必须位于与实心接地层相邻的层上
  • 考虑接地返回电流实际流向的位置和方式
  • 用单独的模拟和数字部分对 PCB 进行分区
  • 正确放置组件

混合信号设计清单

  • 用单独的模拟和数字部分对您的 PCB 进行分区。
  • 正确放置组件。
  • 用 A/D 转换器跨越隔板。
  • 不要分割地平面。在电路板的模拟和数字部分下方使用一个实心平面。
  • 仅在电路板的数字部分路由数字信号。这适用于所有层。
  • 仅在电路板的模拟部分路由模拟信号。这适用于所有层。
  • 分离模拟和数字电源层。
  • 不要在电源层的分叉上布线。
  • 必须跨越电源平面分割的走线必须位于与实心接地平面相邻的层上。
  • 想想接地返回电流的实际流动位置和方式。
  • 使用路由规则。

请记住,成功 PCB 布局的关键是分区和布线规则的使用,而不是接地层的隔离。您的系统最好只有一个参考平面(接地)。

(从以下链接粘贴以进行存档)

www.e2v.com/content/uploads/2014/09/Board-Layout.pdf

http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf

根据我的经验,最好的方法是连接由电感器隔开的接地层。即使设计不只为模拟信号提供电源,也要在馈电中插入一个电感器。

示意图

模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图

这种类型的安排帮助我提高了对数字电路产生的噪声的抑制。

无论如何,我认为最佳设计很大程度上取决于应用程序。

我认为你是对的,但有一些额外的考虑。根据我的经验,(几乎)为数字和模拟都使用一个接地平面总是更好,但要非常小心元件放置。保持数字和模拟的良好分离,并始终考虑到电源的返回路径。请记住,即使使用实心接地层,通过接地层的返回路径也将尽可能靠近信号路径,即它将遵循信号走线,但在接地层上。您必须避免的是噪声数字电路的返回路径穿过模拟电路的返回路径 - 如果发生这种情况,那么您的模拟电路的接地将是嘈杂的,并且没有一个安静的接地作为参考,您的模拟电路将会受到影响。

尝试将电源放置在 PCB 上的返回路径不会交叉的位置。如果这是不可能的,那么考虑在另一层上放置一个明确的接地回路(模拟 RocketMagnet 描述的“星形”拓扑),但要小心在 RocketMagnet 解释的模拟和数字部分之间交叉的信号。当几乎所有 PCB 都是数字的并且只需要非常小的模拟接地区域(反之亦然)时,可以使用类似的机制。在这种情况下,我会考虑使用数字接地并在模拟接地的另一层上使用铜填充(假设您有足够的层)。考虑您的层如何堆叠并将铜填充放在最接近模拟电路的层上。

使用大量的解耦(值的混合)。顺便说一下,上面 PCB 上显示的大面积铜的作用很小(除了用作散热器),因为似乎没有任何通孔允许返回信号穿过另一层上的间隙。(注意 PCB 软件不会删除“冗余”过孔!)