混合信號系統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術語和接地層，并介紹了分區方法。第2部分將討論分割接地層的利弊。另外，文章還將解釋多轉換器和多板系統接地。

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?假設兩個層在某處連接(通過在一個單獨點)，則返回電流必在該大型環路內流動。大型環路內的高頻電流產生輻射和高接地電感。大型環路內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線跡

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

圖2在電源位置連接的分割層

首選使用一個持續接地層以避免這種長接地環路，但是如果使用分割接地層絕對必要并且線路穿過分割線，則各層應首先在一個位置連接，以形成一個返回電流的橋(圖3)。對所有線路進行布局，讓它們穿過該橋，直接在每條線路下面提供一條返回通路，從而產生一個非常小的環路面積。這種方法的典型應用是權衡何時使用高分辨率(≥20-bit)Σ-Δ模數轉換器(ADC)。

圖3 線路接地層橋接

通過分割層傳輸信號的其它方法是使用光隔離器(通過光)、變壓器(通過磁場)或者一個真正的差動信號(信號沿一條線路傳輸，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”。僅使用一個接地層始終為首選，把PCB劃分為模擬部分和數字部分(參見圖4b)。模擬信號必須安排在板的模擬部分，而數字信號必須安排在板的數字部分，并且所有層上都有這兩個部分。在這種情況下，數字返回電流不會存在于接地層的模擬部分，并且保持在數字信號線跡下面。圖4比較了一個分割層和一個分區層。

圖4 接地層布局

分區方法存在的唯一問題是，當模擬信號錯誤地安排在板的數字部分(反之亦然)時則難以有效，如圖5所示。因此，對于所有PCB布局而言，重點是使用一個單個接地層，把它劃分為模擬和數字部分，然后運用信號安排原則。

圖5 錯誤安排的數字信號線跡