混合信号系统接地方案设计

。由于接地层的屏蔽行为，电路对于外部EMI/RFI的敏感性降低了。接地层还允许高速数字或者模拟信号通过传输线路（微波传输带或者带状线）方法进行传输，其要求受控阻抗。

如前所述，AGND和DGND引脚必须在器件上接合到一起。如果必须隔离模拟和数字接地，那么我们应该将它们连接到模拟接地层、数字接地层还是两个都连呢？

请记住，数据转换器是模拟的！因此，AGND和DGND引脚应连接至模拟接地层。如果它们被连接至数字接地层，则模拟输入信号将出现数字噪声，因为它可能为单端，并且参考模拟接地层。连接这两个引脚至静态模拟接地层，会把少量数字噪声注入其中，并降低输出逻辑的噪声余量。这是因为，输出逻辑现在参考模拟接地层，并且所有其它逻辑均参考数字接地层。但是，这些电流应为非常小，并且通过确保转换器输出不驱动大扇出得到最小化。

可能的情况是，设计使用器件的数字电流可低可高。两种情况的接地方案并不相同。一般而言，数据转换器常常被看作为低电流器件（例如：闪存ADC）。但是，今天的一些拥有片上模拟功能的数据转换器，正变得越来越数字化。随着数字电路的增加，数字电流和噪声也随之增加。例如，∑-△ADC包含一个复杂的数字滤波器，其相当大地增加了器件的数字电流。

低数字电流数据转换器接地

正如我们讲的那样，数据转换器（或者任何混合信号器件）均为模拟。在所有系统中，模拟信号层都位于所有模拟电路和混合信号器件放置的地方。同样，数字信号层拥有所有数字数据处理电路。模拟与数字接地层应有同各自信号层相同的尺寸和形状。

图2概述了低数字电流混合信号器件接地的方法。该模拟接地层没有被损坏，因为小数字瞬态电流存在于本地去耦电容器V_Dig和DGND（绿线）之间的小型环路中。图2还显示了一个位于模拟和数字电源之间的滤波器。共有两类铁氧体磁珠：高Q谐振磁珠和低Q非谐振磁珠。低Q磁珠常用于电源滤波，其与电源连接点串联。

图 2 低内部数字电流数据转换器接地

高数字电流数据转换器接地

图2所示电路靠V_Dig和DGND之间的去耦电容器来使数字瞬态电流隔离在小环路中。但是，如果数字电流足够大，并且有组件在DC或者低频下，则该去耦电容器可能必须非常的大，而这是不实际的。V_Dig和DGND之间环路之外的任何数字电流，必须流经模拟接地层。这可能会降低性能，特别是在高分辨率系统中更是如此。图3显示了一种适用于强数字电流混合信号器件的替代接地方法。数据转换器的AGND引脚连接至模拟接地层，而DGND引脚则连接至数字接地层。数字电流也隔离于模拟接地层，但两个接地层之间的噪声却直接作用于器件的AGND和DGND引脚之间。模拟和数字电路必须获得有效的隔离。AGND和DGND引脚之间的噪声必须不能过大，否则会降低内部噪声余量，或者引起内部模拟电路损坏。

模拟和数字接地层的连接

图2和3显示了连接模拟和数字接地层的备选背靠背肖特基二极管。该肖特基二极管防止大DC电压或者低频电压尖峰在两个层之间形成。如果其超出0.3V，这些电压可能会损坏混合信号IC，因为它们直接出现在AGND和DGND引脚之间。

作为一种背靠背肖特基二极管的替代方法，铁氧体磁珠可以在两个层之间提供一个DC连接，并在数兆赫兹频率时对其进行隔离，此时铁氧体磁珠电阻增加。这种方法可防止IC受到AGND和DGND之间DC电压的损坏，但是这种铁氧体磁珠提供的DC连接会引入讨厌的DC接地环路，其可能不适合于高分辨率系统。只要在高数字电流IC特殊情况下AGND和DGND引脚被隔离，则在必要时应将它们连接在一起。

跳线和/或带选项允许我们尝试两种方法，以验证哪种方法能够获得最佳总系统性能。

隔离还是分割：哪一种对接地层重要？

一个常见问题是如何隔离接地，以让模拟电路不干扰数字电路。众所周知，数字电路噪声较大。开关期间，逻辑饱和从其电流吸引强、快速电流尖峰。相反，模拟电路非常容易受到噪声的影响。模拟电路可能不会干扰数字逻辑。相反，可能的情况是，高速数字逻辑可能会干扰低级模拟电路。因此，这个问题应该是如何防止数字逻辑接地电流污染混合信号PCB上的低级模拟电路。我们首先想到的可能是分割接地层以将DGND隔离于AGND。尽管分割层方法可以起作用，但它存在许多问题—特别是在一些大型、复杂系统中。

图 3 高内部数字电流数据转换器接地

共有两条基本的电磁兼容（EMC）原则：

1. 电流应返回其本地源，并且要尽可能地紧凑。否则，应构建环路天线。
2. 一个系统应只有一个基准层，因为