4.雙面和多層印刷電路板
系統內的每個 PCB 至少應有完整的一層專用于接地層。理想情況下,雙面電路板的一面應完全用于接地層,另一面用于互連。但在實際操作中,這不可能,因為必須去除部分接地層,用于配置信號和電源跨越、過孔和通孔。盡管如此,還是應盡可能節約面積,至少保留 75%。完成初始布局后,請仔細檢查接地層,確保沒有隔離的接地“孤島”,因為位于接地“孤島”內的 IC 接地引腳沒有通向接地層的電流返回路徑。另外應檢查接地層的相鄰大面積間有無薄弱連接,否則可能大幅降低接地層有效性。毫無疑問,自動路由電路板布局技術一般不適合混合信號電路板上的布局,因此強烈建議手動干預。
用表面貼裝 IC 高密度集成的系統有大量互連,必須使用多層電路板。這樣,至少一整層可專用于接地。簡單的 4 層電路板有內部接地和電源層,外面兩層用于表面貼裝元件的互連。電源層和接地層彼此相鄰可以提供額外的層間電容,有助于電源的高頻去耦。大多數系統中,4 層也嫌不足,還需要其他層用于信號和電源的路由。
5.多卡混合信號系統
在多卡系統中,降低接地阻抗的最佳方式是使用“母板”PCB 作為卡間互連背板,從而為背板提供連續接地層。PCB 連接器的引腳應至少有 30 至 40% 專用于接地,這些引腳應連接到背板母板上的接地層。最后,實現整體系統接地方案有兩種可能途徑 :
(1)背板接地層可通過多個點連接到機殼接地,從而擴散各種接地電流返回路徑。該方法通常稱為“多點”接地系統,如圖 3 所示。
(2)接地層可連接到單個系統“星型接地”點(一般位于電源)。
前一個方法最常用于全數字系統,不過,只要數字電路引起的接地電流足夠低且擴散到大面積上,也可用于混合信號系統。PC 板、背板直到機殼都一直保持低接地阻抗。不過,接地與金屬板殼連接的部位必須具有良好的電氣接觸。這需要自攻金屬板螺絲或“咬合”墊圈。機殼材料使用陽極氧化鋁時必須特別小心,此時機殼表面用作絕緣體。
第二種方法(“星型接地”)通常用于模擬和數字接地系統相互分離的高速混合信號系統,需進一步討論。
6.分離模擬和數字接地層
在使用大量數字電路的混合信號系統中,最好在物理上分離敏感的模擬元件與多噪聲的數字元件。另外針對模擬和數字電路使用分離的接地層也很有利。避免重疊可以將兩者間的容性耦合降至最低。分離的模擬和數字接地層通過母板接地層或“接地網”(由連接器接地引腳間的一連串有線互連構成),在背板上繼續延伸。如圖 4 所示,兩層一直保持分離,直至回到共同的系統“星型”接地,一般位于電源。接地層、電源和“星型”接地間的連接應由多個總線條或寬銅織帶構成,以便獲得最小的電阻和電感。
每個 PCB 上插入背對背肖特基二極管,以防止插拔卡時兩個接地系統間產生意外直流電壓。此電壓應小于 300mV,以免損壞同時與模擬和數字接地層相連的 IC。推薦使用肖特基二極管,它具有低電容和低正向壓降。低電容可防止模擬與數字接地層間發生交流耦合。肖特基二極管在約300 mV 時開始導電,如果預期有高電流,可能需要數個并聯的二極管。某些情況下,鐵氧體磁珠可替代肖特基二極管,但會引入直流接地環路,在高精度系統中會很麻煩。
接地層阻抗必須盡可能低,直至回到系統星型接地。兩個接地層間高于 300 mV 的直流或交流電壓不僅會損壞 IC,還會導致邏輯門的誤觸發以及可能的閉鎖。
審核編輯:劉清
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原文標題:搞清楚模數、數模轉換中的AGND和DGND(4-6)
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