1、為什么要劃分?jǐn)?shù)字和模擬

因為雖然是相連的，但是距離遠(yuǎn)了，又是不一樣的。 同一根導(dǎo)線在不同點的電壓可能不同，尤其是在電流較大的時候。 由于導(dǎo)體處于電阻狀態(tài)，電流流動時會產(chǎn)生電壓降。 另外，導(dǎo)體還有PCB分布電感，在交流信號下會表現(xiàn)出它的影響。 所以我們要把它分為數(shù)字和模擬，因為數(shù)字信號的高頻噪聲非常大。 如果模擬信號和數(shù)字信號混合在一起，噪聲就會傳到模擬部分，造成干擾。 如果單獨接地，可以通過在電源處進(jìn)行濾波來隔離高頻噪聲。 但如果兩者混在一起，過濾就不容易了。

2、如何設(shè)計數(shù)字地和模擬地

之前必須了解電磁兼容（EMC）的兩個基本原則：第一個原則是盡可能減小電流回路的面積； 第二個原則是系統(tǒng)只使用一個參考平面。 反之，如果系統(tǒng)有兩個參考平面，就有可能形成偶極天線（注意：小偶極天線的輻射大小與線路長度、流過的電流和頻率成正比）； 如果信號不能通過盡可能小的環(huán)路返回，可能會形成大環(huán)路天線（注意：小環(huán)路天線的輻射大小與環(huán)路面積、流過環(huán)路的電流、頻率的平方成正比 ). 這兩種情況在設(shè)計中應(yīng)盡量避免。

建議在混合信號上將數(shù)字地和模擬地分開，實現(xiàn)數(shù)字地和模擬地的隔離。 這種方法雖然可行，但也存在很多潛在問題，尤其是在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中。 最關(guān)鍵的問題是布線不能跨過分隔間隙。 一旦布線越過分隔間隙，電磁輻射和信號串?dāng)_將急劇增加。 PCB設(shè)計中最常見的問題是信號線穿過分界地或電源引起的EMI問題。

我們采用上面的分割方式，信號線穿過兩個地之間的縫隙。 信號電流的返回路徑是什么？ 假設(shè)兩個分開的地在某個地方連在一起（通常是在某個位置的單點），在這種情況下，地電流會形成一個大環(huán)路。 流過大環(huán)路的高頻電流會產(chǎn)生輻射和高接地電感。 如果低電平模擬電流流過大環(huán)路，則電流容易受到外部信號干擾。 最糟糕的是，當(dāng)分地在電源處連接在一起時，會形成一個非常大的電流環(huán)路。 此外，模擬地和數(shù)字地通過一根長導(dǎo)線連接在一起，形成偶極天線。

了解電流返回地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號電路板設(shè)計的關(guān)鍵。 很多pcb工程師只考慮信號電流流向哪里，而忽略了電流的具體路徑。 如果地線層必須分割，必須通過分割間的縫隙走線，可以在分割地線之間做單點連接，形成兩個地線之間的連接橋，然后通過連接線走線 橋。 這樣，可以在每條信號線下方提供直流回流路徑，從而形成的環(huán)路面積很小。

也可以采用光隔離器件或變壓器來實現(xiàn)信號跨越隔離間隙。 對于前者，跨越分割間隙的是光信號； 在變壓器的情況下，跨越分離間隙的是磁場。 另一種可能的方法是使用差分信號：信號從一條線路流入并從另一條信號線路返回，在這種情況下，它們不需要作為返回路徑。

要想深入探討數(shù)字信號對模擬信號的干擾，首先要了解高頻電流的特性。 高頻電流始終選擇阻抗（電感）最低且信號正下方的路徑，因此無論相鄰層是電源層還是接地層，返回電流都會流過相鄰的電路層。 在實際工作中，一般傾向于采用統(tǒng)一的方法，將PCB分為模擬部分和數(shù)字部分。 模擬信號走線在電路板各層的模擬區(qū)，而數(shù)字信號走線在數(shù)字電路區(qū)。 在這種情況下，數(shù)字信號返回電流不會流向模擬信號的地。

只有當(dāng)數(shù)字信號走線在電路板的模擬部分或模擬信號走線在電路板的數(shù)字部分時，數(shù)字信號才會對模擬信號產(chǎn)生干擾。 不會出現(xiàn)這種問題，因為沒有劃分。 真正的原因是數(shù)字信號的布線不當(dāng)。 PCB設(shè)計采用統(tǒng)一的方式。 通過數(shù)字電路和模擬電路的分區(qū)和適當(dāng)?shù)男盘柌季€，通常可以解決一些比較難的布局和布線問題，也不會因為地線分割而帶來一些潛在的麻煩。 在這種情況下，元器件的布局和劃分就成為決定設(shè)計好壞的關(guān)鍵。 如果布局和布線合理，數(shù)字地電流將被限制在電路板的數(shù)字部分，不會干擾模擬信號。 此類接線必須仔細(xì)檢查和檢查，以確保100%符合接線規(guī)則。 否則，如果信號線走線不當(dāng)，再好的電路板也會毀于一旦。

將A/D轉(zhuǎn)換器的模擬地和數(shù)字地引腳連接在一起時，大多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器制造商會建議AGND和DGND引腳通過最短的引線連接到同一低阻抗地（注：因為大多數(shù)A/D 轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部沒有將模擬地和數(shù)字地連接在一起，模擬地和數(shù)字地之間的連接必須通過外部引腳實現(xiàn)），任何連接到 DGND 的外部阻抗都會通過寄生耦合更多的數(shù)字噪聲到 IC 內(nèi)部的模擬電路 電容。 根據(jù)這個建議，需要將A/D轉(zhuǎn)換器的AGND和DGND引腳連接到模擬地，但是這種方法可能會導(dǎo)致數(shù)字信號去耦電容的地端是否應(yīng)該連接到模擬地等問題 地或數(shù)字地

如果系統(tǒng)只有一個A/D轉(zhuǎn)換器，上述問題就很容易解決。 如圖3所示，分地，模擬地和數(shù)字地在A/D轉(zhuǎn)換器下面連在一起。 采用這種方法時，必須保證兩個地之間的連接橋的寬度與IC的寬度相同，并且不能有信號線越過分壓間隙。

如果對混合信號PCB設(shè)計的統(tǒng)一方式有疑慮，可以采用地線分層的方式對整個電路板進(jìn)行布局布線。 設(shè)計時要注意在后面測試電路板時，盡量方便地使用間距小于1/2英寸的跳線或0歐姆的電阻將分地連接在一起。 注意分區(qū)布線，保證各層模擬部分上方無數(shù)字信號線，數(shù)字部分上方無模擬信號線。 此外，任何信號線不得跨越接地間隙或分體式電源之間的間隙。 為測試電路板的功能和EMC性能，將兩個地通過0歐姆電阻或跳線連接在一起，重新測試電路板的功能和EMC性能。 對比測試結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，幾乎在所有情況下，統(tǒng)一方案在功能和EMC性能上都優(yōu)于分體方案。

分地的辦法還有用嗎？

這種方法可用于以下三種情況：一些醫(yī)療設(shè)備要求電路和連接患者的系統(tǒng)之間的漏電流很低； 一些工業(yè)過程控制設(shè)備的輸出可能連接到噪聲大、功率大的機(jī)電設(shè)備； 另一種情況是 PCB 布局受到特定限制。

混合信號PCB板上通常有獨立的數(shù)字和模擬電源，可以而且應(yīng)該使用分離電源平面。 但是，與電源層相鄰的信號線不能跨越電源之間的縫隙，所有跨越縫隙的信號線必須位于與大面積接地相鄰的電路層上。 在某些情況下，模擬電源被設(shè)計成PCB連接線而不是平面，以避免電源平面分割的問題。