降低數(shù)模設(shè)計(jì)過(guò)程中的數(shù)模干擾技巧
出處:電子發(fā)燒友 發(fā)布于:2023-07-24 15:10:56
數(shù)模設(shè)計(jì)過(guò)程中要避免照搬經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則,但要徹底講清這個(gè)問(wèn)題,首先要明白數(shù)模干擾的機(jī)理,數(shù)字對(duì)模擬的影響可以分為以下兩種情況:
1、串?dāng)_
串?dāng)_一般是通過(guò)數(shù)字與模擬信號(hào)線間的分布參數(shù)相互影響,不過(guò)這個(gè)問(wèn)題至少目前已經(jīng)不是很突出了。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)要布置在數(shù)字區(qū)域,模擬信號(hào)要布置在模擬區(qū)域,空間上都已經(jīng)做了隔離,因此風(fēng)險(xiǎn)也減少了。
2、共阻抗耦合
公共阻抗耦合是指由于騷擾源與敏感部位共用一個(gè)線路阻抗而產(chǎn)生的。當(dāng)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)共地時(shí),由于地線在高頻時(shí)存在一定的阻抗,因此數(shù)字信號(hào)回流流過(guò)時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)壓降,這就是共模電壓源。
此時(shí),如果共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域,在模擬區(qū)域地上產(chǎn)生壓降,這個(gè)電壓如果疊加在模擬信號(hào)上,便會(huì)影響模擬信號(hào),這就是數(shù)模共阻抗干擾的機(jī)理。
根據(jù)對(duì)共阻抗耦合的原因分析,解決辦法如下:
A、降低GND阻抗,降低共模電壓源;
B、避免數(shù)字GND產(chǎn)生的共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。
對(duì)于降低GND阻抗,極端點(diǎn)的阻抗為零,此時(shí)即使數(shù)字信號(hào)回流流過(guò),也不會(huì)產(chǎn)生共模電壓源,因此,也不會(huì)影響模擬信號(hào)。
但是,實(shí)際情況是做不到GND零阻抗的,的手段就是使其無(wú)限制的降低,如使用GND平面、GND平面減少分割、GND平面長(zhǎng)寬比小于3等等。
對(duì)于使數(shù)字地產(chǎn)生的共模電流不流經(jīng)模擬區(qū)域,數(shù)模分割啟示就是這個(gè)初衷。但實(shí)際情況是,有很多的都對(duì)數(shù)字與模擬進(jìn)行了分割,但仍然不能解決數(shù)字對(duì)模擬的干擾。
在此,需要鄭重強(qiáng)調(diào)一點(diǎn),如果只想通過(guò)數(shù)模分割就解決數(shù)字對(duì)模擬的影響,是不見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林的錯(cuò)誤做法。數(shù)模分割需要從系統(tǒng)架構(gòu)上做深度分析,比如塑料或金屬機(jī)箱、系統(tǒng)接地點(diǎn)、模擬區(qū)域有無(wú)I/O線纜等等。
例如:
對(duì)于塑料機(jī)箱,如果模擬區(qū)域有I/O電纜,此時(shí)數(shù)字模擬分割不一定能解決問(wèn)題。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)在GND上產(chǎn)生的共模噪聲會(huì)因?yàn)镮/O電纜與參考接地平板的分布參數(shù)形成環(huán)路,此時(shí)共模電流也將流經(jīng)模擬區(qū)域,所以這種分割存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于金屬外殼的產(chǎn)品,因?yàn)閱伟逍枰拥?,因此重點(diǎn)需要關(guān)注接地點(diǎn),即接地點(diǎn)的設(shè)置要避免數(shù)字區(qū)域共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。
對(duì)于模擬區(qū)域無(wú)I/O的線纜的情況,在進(jìn)行數(shù)字與模擬分割后,可以在A/D芯片數(shù)字與模擬GND上設(shè)置接地點(diǎn),避免數(shù)字區(qū)域的共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。
但對(duì)于模擬區(qū)域有I/O線纜的情況,因?yàn)榫€纜對(duì)地的分布參數(shù),因此,存在共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn),此時(shí)還需要充分考慮I/O線纜的長(zhǎng)度,如音頻耳機(jī)線因?yàn)楸容^短,可能分割后風(fēng)險(xiǎn)不大,但是,如果線纜很長(zhǎng)的情況下,即使風(fēng)格也有很大的風(fēng)險(xiǎn)。

任何事物沒(méi)有正確性,數(shù)模分割同樣如此,如果涉及不好,會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效果,比如跨分割布線等等。另外,高頻時(shí)即使分割了,分割之間存在分布參數(shù),因此,也不能形成完全意義上的分割。
初學(xué)者或?qū)MC一知半解的工程師,如果對(duì)數(shù)模風(fēng)格把握不準(zhǔn),建議盡量少分割或干脆不分割,以保證GND平面完整,降低GND平面阻抗,同樣可以減小數(shù)字對(duì)模擬干擾的風(fēng)險(xiǎn)。
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