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數(shù)字地、模擬地、電源地,單點(diǎn)接地抗干擾

嘉峪檢測(cè)網(wǎng)        2019-10-30 11:02

       模擬地和數(shù)字地是完全分開(kāi)的,最后都單點(diǎn)接到了電源地,這樣可以防止地信號(hào)的相互串?dāng)_而影響某些敏感元件,眾所周知 數(shù)字元件對(duì)干擾的容忍度要強(qiáng)于模擬元件,而數(shù)字地上的噪聲一般比較大所以將它們的地分開(kāi)就可以降低這種影響了。還有單點(diǎn)接地的位置應(yīng)該盡量靠近板子電源地的入口(起始位置),這樣利用電流總是按最短路徑流回的原理可將干擾降到最小。

 

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。

 

四.電感與磁珠的區(qū)別
       有一匝以上的線圈習(xí)慣稱為電感線圈,少于一匝(導(dǎo)線直通磁環(huán))的線圈習(xí)慣稱之為磁珠。電感是儲(chǔ)能元件,而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件,電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號(hào)回路,用于EMC對(duì)策;磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問(wèn)題;電感一般用于電路的匹配和信號(hào)質(zhì)量的控制上,在模擬地和數(shù)字地結(jié)合的地方用磁珠。
      作為電源濾波,可以使用電感。磁珠的電路符號(hào)就是電感但是型號(hào)上可以看出使用的是磁珠在電路功能上,磁珠和電感是原理相同的,只是頻率特性不同罷了;磁珠由氧磁體組成,電感由磁心和線圈組成,磁珠把交流信號(hào)轉(zhuǎn)化為熱能,電感把交流存儲(chǔ)起來(lái),緩慢的釋放出去。
       電感是儲(chǔ)能元件,而磁珠是能量轉(zhuǎn)換(消耗)器件;電感多用于電源濾波回路,磁珠多用于信號(hào)回路,用于EMC對(duì)策;磁珠主要用于抑制電磁輻射干擾,而電感用于這方面則側(cè)重于抑制傳導(dǎo)性干擾。兩者都可用于處理EMC、EMI問(wèn)題。磁珠是用來(lái)吸收超高頻信號(hào),象一些RF電路,PLL,振蕩電路,含超高頻存儲(chǔ)器電路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振蕩電路,中低頻的濾波電路等,其應(yīng)用頻率范圍很少超過(guò)50MHZ。


五、幾種方法綜述
        電容隔直通交,造成浮地。電容不通直流,會(huì)導(dǎo)致壓差和靜電積累,摸機(jī)殼會(huì)麻手。如果把電容和磁珠并聯(lián),就是畫(huà)蛇添足,因?yàn)榇胖橥ㄖ保娙輰⑹А?/span>串聯(lián)的話就顯得不倫不類。
  電感體積大,雜散參數(shù)多,特性不穩(wěn)定,離散分布參數(shù)不好控制,體積大。電感也是陷波,LC諧振(分布電容),對(duì)噪點(diǎn)有特效。
  磁珠的等效電路相當(dāng)于帶阻陷波器,只對(duì)某個(gè)頻點(diǎn)的噪聲有抑制作用,如果不能預(yù)知噪點(diǎn),如何選擇型號(hào),況且,噪點(diǎn)頻率也不一定固定,故磁珠不是一個(gè)好的選擇。
        0歐電阻相當(dāng)于很窄的電流通路,能夠有效地限制環(huán)路電流,使噪聲得到抑制。電阻在所有頻帶上都有衰減作用(0歐電阻也有阻抗),這點(diǎn)比磁珠強(qiáng)。
        總之,關(guān)鍵是模擬地和數(shù)字地要一點(diǎn)接地。建議,不同種類地之間用0歐電阻相連;電源引入高頻器件時(shí)用磁珠;高頻信號(hào)線耦合用小電容;電感用在大功率低頻上。

 

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