询问应用工程师：接地（再次）-电子发烧友网

问：我读过你们的数据手册和应用笔记，也参加了你们的研讨会，但我仍然对如何处理ADC上的模拟（AGND）和数字（DGND）接地引脚感到困惑。数据手册通常说要在器件上将模拟和数字地连接在一起，但我不希望ADC成为系统的星形接地点。我该怎么办？

A.首先，不要因为您对如何处理模拟和数字接地感到困惑而感到难过。很多人也是如此！大部分混淆首先来自ADC接地引脚的标记。引脚名称 AGND 和 DGND 是指组件本身内部发生的情况，并不一定意味着您应该在外部使用它们。让我解释一下。

在同时具有模拟和数字电路的IC内部，例如ADC，接地通常保持独立，以避免将数字信号耦合到模拟电路中。该图显示了ADC的简单模型。对于将芯片上的焊盘连接到封装引脚相关的引线焊电感和电阻，IC设计人员实际上无能为力。快速变化的数字电流在B点产生电压，该电压将不可避免地通过杂散电容耦合到模拟电路的A点。尽管如此，IC设计人员的工作还是使芯片工作。但是，您可以看到，为了防止进一步耦合，AGND和DGND引脚应在外部连接在一起，以最小的引线长度连接到相同的低阻抗接地层。DGND连接中的任何额外外部阻抗都会导致B点产生更多的数字噪声;反过来，它将通过杂散电容将更多的数字噪声耦合到模拟电路中。虽然这是一个非常简单的模型，但这有助于说明这一点。

Q. 好的，您告诉我将IC的AGND和DGND引脚连接到同一接地层 - 但我在系统中维护单独的模拟和数字接地层。我希望它们只在一个点上连接在一起：电源返回全部连接在一起并连接到机箱接地的公共点。现在我该怎么办？

A.如果您的系统中只有一个数据转换器，您实际上可以按照数据手册中的规定进行操作，并在转换器上将模拟和数字接地系统连接在一起。您的系统星形接地点现在位于数据转换器上。但这可能是非常不可取的，除非您最初在规划系统时考虑到了这个想法。如果将多个数据转换器位于不同的PCB上，则概念就会崩溃，因为模拟和数字接地系统在多个PCB上的每个转换器上连接在一起。这是对地面循环的完美邀请！

问：我想我已经想通了！如果我必须在器件上将AGND和DGND引脚连接在一起，并且我想保持单独的系统模拟和数字接地，我将AGND和DGND连接到PCB上的模拟接地层或数字接地层，但不能同时连接两者。右？现在，既然ADC既是模拟器件又是数字器件，那么应该选择哪一个？

答：正确！现在，如果将AGND和DGND引脚都连接到数字接地层，则模拟输入信号将产生数字噪声总和，因为它可能是单端的，并以模拟接地层为基准。

Q. 所以正确的答案是将AGND和DGND引脚都连接到模拟接地层？但是，这不会在我安静的模拟接地层上注入数字噪声吗？输出逻辑的噪声容限是否降低了，因为它现在以模拟接地层为基准，而所有其他逻辑都以数字接地层为基准？我计划将ADC输出运行到背板三态数据总线，这开始时会非常嘈杂，所以我认为我需要我能得到的所有噪声容限。

A.好吧，从来没有人说生活是轻松或公平的！通过崎岖不平的道路，您得出了正确的结论，但是您提出的问题 - 模拟接地层上的数字噪声和ADC输出上的噪声容限降低 - 实际上并不像看起来那么糟糕;它们是可以克服的。让几百毫伏的电压损坏数字接口显然比将相同的损坏信号施加到模拟输入端要好，因为16位、10 V输入范围ADC的最低有效位仅为150 μV！首先，DGND引脚上的数字接地电流不可能真的那么糟糕，否则它们首先会降低ADC的内部模拟部分！如果将ADC的电源引脚旁路到模拟接地层，使用高质量的高频陶瓷电容来产生高频噪声（例如0.1 μF），则将这些电流隔离到IC周围的非常小的区域，并且它们对系统其余部分的影响很小。

数字噪声容限会有所降低，但如果小于几百毫伏左右，则通常可以使用TTL或CMOS逻辑。如果您的ADC具有单端ECL输出，则可能需要在每个数字输出上放置一个推挽门，即同时具有真输出和互补输出的推挽门。将该栅极封装的接地连接到模拟接地层，并在接口上差分连接逻辑信号。使用另一端的差分线路接收器，该接收器接地至数字接地层。模拟和数字接地层之间的噪声现在是共模的，其中大部分将在差分线路接收器的输出端被抑制。您可以对TTL或CMOS使用相同的技术，但通常有足够的噪声容限，不需要差分传输技术。

但是，你说的一件事让我非常困扰。通常，将ADC输出直接连接到噪声数据总线是不明智的。总线噪声可能通过杂散内部电容耦合回ADC模拟输入，范围为0.1至0.5 pF。最好将ADC输出直接连接到靠近ADC的中间缓冲锁存器。缓冲锁存器接地至数字接地层，因此其输出逻辑电平现在与系统其余部分的输出逻辑电平兼容。

问：我想我现在明白了，但是你为什么不一开始就调用ADC AGND的所有接地引脚;然后这些一开始就不会出现？

答：也许吧。但是，如果进货检查人员在这些引脚之间连接欧姆表，并发现它们实际上并未在封装内连接在一起怎么办？整个批次可能会被拒绝 - IC可能会被吹！此外，ADC数据手册有一个传统，即我们必须标记引脚以指示其真实功能，而不是我们希望它们是什么。

问奥克现在，这里有一个我一直保存为您的终极测试的问题！我有一位同事设计了一个具有独立模拟和数字接地系统的系统。我的同事说，ADC的AGND引脚连接到模拟接地层，DGND引脚连接到数字接地层，系统工作正常！你怎么解释这一点？

A.首先，仅仅因为不推荐练习并不一定意味着您在某些时候无法逃脱它，从而陷入一种虚假的安全感。（这是墨菲定律中鲜为人知的定律之一）。有些ADC对AGND和DGND引脚之间的外部噪声不太敏感，可能是您的同事不小心选择了其中一个。可能还有其他解释 - 这需要我们探讨您的同事对“工作正常”的定义 - 但关键是制造商在这些工作条件下不能保证ADC的规格。对于像ADC这样的复杂组件，不可能在所有可能的工作条件下测试器件，尤其是那些一开始不推荐的工作环境！你的朋友这次很幸运，但你可以肯定，如果这种做法在未来的系统设计中继续下去，墨菲定律最终会赶上他（或她）。

问：我想我现在理解ADC接地原理，但是DAC呢？

A.同样的理念也适用。DAC的AGND和DGND引脚应连接在一起并连接到模拟接地层。如果DAC没有输入锁存器，则驱动DAC的寄存器应以模拟接地层为基准并接地，以防止数字噪声耦合到模拟输出。

问：包含ADC、DAC和DSP的混合信号芯片（如ADSP-21msp5O语音带处理器）怎么样？

一个。同样的理念也适用。您永远不应该认为复杂的混合信号芯片（如ADSP-21msp50）只是一个数字芯片！应该应用我们刚刚讨论的相同准则。尽管16位Σ-Δ型ADC和DAC的有效采样速率仅为8 ksps，但转换器的工作过采样频率为1 MHz。该器件需要一个外部 13MHz 时钟，并通过锁相环从中生成一个内部 52MHz 处理器时钟。所以你看，成功应用这个器件需要了解精密和高速电路的设计技术。

Q. 这些设备的模拟和数字电源要求如何？我应该购买单独的模拟和数字电源还是使用相同的电源？

A.这实际上取决于您的数字电源上的噪声量。例如，ADSP-21msp50具有用于+5 V模拟电源和+5 V数字电源的独立引脚。如果您有一个相对安静的数字电源，您可能也可以将其用于模拟电源。确保使用一个 0.1μF 陶瓷电容器对器件上的每个电源引脚进行正确去耦。切记去耦至模拟接地层，而不是数字接地层！您可能还需要使用铁氧体磁珠进行进一步隔离。下图显示了正确的排列。更安全的解决方案是使用单独的+5 V模拟电源。如果可以承受额外的功耗，则可以使用三端稳压器从安静的+5 V或+15 V电源产生+12 V电压。