模拟地、数字地各种纠结,竟然如此容易就处理好
我们平时在设计电路和画板子的时候都会碰到模拟地和数字地的选择问题,甚至在我们刚学的时候,都不清楚模拟地更易受干扰还是数字地更易受干扰,也不知道他们的区别,怎么将他们分开,都比较迷惑。我们现在系统性整理了下,让大家对这个有更深刻的了解。
常见的接地符号
PE,PGND,FG-保护地或机壳;
BGND或DC-RETURN-直流-48V(+24V)电源(电池)回流;
GND-工作地;
DGND-数字地;
AGND-模拟地;
LGND-防雷保护地GND在电路里常被定为电压参考基点。
从电气意义上说,GND分为电源地和信号地。PG是PowerGround(电源地)的缩写。另一个是SignalGround(信号地)。实际上它们可能是连在一起的(不一定是混在一起哦!)。两个名称,主要是便于对电路进行分析。
进一步说,还有因电路形式不同而必须区分的两种“地”:数字地,模拟地。
(1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。
(2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。
如何分析电路是属于数字部分呢还是模拟部分?这个问题常常是我们在具体画PCB时得考虑的。一般的模拟信号,那不用说了,一看就知道的了,当然是模拟地,还有工作电源、基准电源(Vref)的参考地也是模拟地,那么其余信号的参考地如:数据、地址、控制等数字逻辑地都是数字地,还有一些芯片上的地要注意一下,有些查datasheet 的时候他写着DGND的是数字地,AGND的是模拟地。
一些比较难以判断的,我们在判断一个元件是属于模拟的,还是数字的关键是看与它相关的主要芯片是数字的还是模拟的。比如:电源它可能给模拟电路供电,那它就是模拟部分的,如果它是给单片机或是数据类芯片供电,那它就是数字的。当它们是同一个电源时就需要用一个桥的方法把一个电源从另一个部分引过来。最典形的就是D/A了,它应该是一个一半是数字,一半是模拟的芯片。如果能把数字输入处理好后,剩下的就可以画到模拟部分去了。
方法二:可以从原理图上看,总电源电压供电,从数字器件出来连接的地,是数字地,比如单片机及外围电路;到模拟器件后,和模拟器件连接的地,是模拟地,将二者PCB中分开。
一般只要提到模拟地和数字地分开,大家很容易会想到用两种电源,其实不是。两种地实际上在PCB板子上是供在一起的,那么怎么分开呢?如果我们把走大电流的地认为是模拟的地,那么这个地是比较不干净的;把信号流过的地比作数字地,那么这个地是相对是小电流,比较干净的。打个比方:现在有一个湖和一条河,这个湖就是数字地。湖的旁边是行走繁忙的船的河,我们把这边比作模拟地,它比较不干净;湖上有个小孩在游泳,只能弄小小的涟漪,我们把这个比作是数字地,比较干净。那么每当船走过时必将在湖的右面掀起很大的波澜,而这个波澜会一直会扩散到湖那边,严重影响小孩游泳,甚至发生生命危险。就这好比模拟地把数字地弄脏了,怎么解决这个问题呢?
大家比较聪明,于是就在湖的中间筑了一道大坝,这样把两个“地”分开了,右边的行船就不影响左边的游泳。但是两种“地”需要连在一起啊,不能隔开啊,于是就在大坝的一头开了一个小的口子,这样两边还是不相互影响。那么这个口子在电路中开在什么位置呢?就是在大电容的负极连在一起的。
那么可能有些同学会问,假设我现在有一个电源地,一个数字地,一个模拟地,是谁跟谁连?谁又跟谁通过电容连? 是不是电源直接跟数字地相连,然后模拟地通过电容跟数字地连接?而且,电容不是隔直通交么?那么如果模拟地上各种噪声不是还会通过电容传到数字地上么?
然而我们知道,电源地上有一个大电容,我们叫做VBUS电容。以这个电容的地为交汇点,数字地直接接到这个电容的地的这个脚上,模拟地也直接连接到这个电容的地的脚上。并且“电容隔直流通交流”是有条件的,主要看电容在电路中的接法和放的位置。如果是串联的,那么在一定信号频率下是成立的;如果是并联于电源,那么大电容是作为存储能量的,小电容是滤波用的;如果并联于信号,则是滤波用的。
在工程设计中,从参考电平的角度看,都是同一个地,最终都要接到一起获得相同的参考电位。对于地的分开,主要是从布线的角度看的,减少不同电路之间地的干扰,而电源的地不能看成模拟地,信号地也不能看成数字地。
这主要是根据电路的性能来分割地,对于数字信号3.3V电路,2.5V电路和5V电路的地也可能有分开的需要。即使是同一个供电的数字电路,有时候也有布线的要求,例如大电流的IO部分的地,可能需要单独处理。
大地一般指机壳,这个部分有ESD和屏蔽的需要。有些时候电路地通过一个1M电阻同外壳相连,有时候直接连接。要根据应用和ESD的要求来处理。
总之,地的逻辑连接特性和PCB上的物理特性是要区分来看的。理论上讲地是0电压的,但是在实际PCB上,地是有很多噪声和反弹的。
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