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模拟地、數字地、主地,你的PCB地線走的對嗎?竟然。。。。

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PCB layout需要豐富的經驗和紮實的理論基礎支援,還要多踩幾個坑,多做幾個仿真加深對走線的了解,才能形成閉環的走線設計,今天介紹一個和GND走線相關的案例,在手機領域會影響相機畫質、在醫療領域會影響生物電信号采集信噪比,如果不了解背後的原理,隻會複制原理圖或PCB的話,往往達不到電路的最佳性能。

地線在PCB走線中,通常有三種作用:

  1. 回流
  2. 控制阻抗
  3. 屏蔽
模拟地、數字地、主地,你的PCB地線走的對嗎?竟然。。。。

今天介紹的案例是和回流相關(本次讨論以低頻為主),地線上的電壓波動會影響到對噪聲敏感的模拟電路。上圖是一種地線走線示意圖,數字電路和模拟電路的GND最終都要彙聚一起和電池的地連接配接,也就是說數字電流Id和模拟電流Ia最終都要彙集在一起,那麼這兩路電流Id和Ia就用公用地線部分,如上圖括号内所示,一般而言數字電流Id的波動是比較大的,而模拟電流Ia的波動略小。數字電Id的波動在共用地線部分會引起電壓波動,這個波動就會被模拟電路感應到,進而引起信号品質下降,比如共用地部分的電阻是20 mΩ,而數字電流Id波動是1A,那麼引起的電壓波動△V就是0.02*1=0.02V,這個20mV被模拟電路的放大器感應到将會以噪聲形式出現,這就是地線阻抗大的後果。

緩解的方法如下:減小地線的電阻,縮短模拟電路和數字電路共用地線,把模拟電路和數字電路通過磁珠隔離進一步壓制幹擾,假如數字電路電流波動不變,依然是1A,共用的地的電阻降低到2 mΩ,此時數字電路在共地部分引起的電壓波動隻有0.002*1=0.002V,比上面的20mV小了很多,同時,有磁珠的存在還會進一步壓制這個噪聲,提高模拟電路的信噪比或者是共模抑制比。直覺點說就是:不管你數字電路的地/電源怎麼跳動,都影響不到我模拟電路的地/電源。

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正是基于上面的介紹,是以一般電路闆都會進行大面積的鋪銅(大面積鋪地平面,減小阻抗,增加回流能力),減少地的電阻。上面介紹的是地線的處理,對于模拟電路和數字電路共用電源的處理也是類似的方法(不過通常而言,不建議模拟電路和數字電路共用電源)。

是以呢,有的人就不建議在地平面上打大量的其他電氣屬性的孔,或者是走線,這就是通常所說的支離破碎的地,這樣容易增加地線的電阻(或阻抗),甚至是有隐藏的電阻瓶頸存在被工程師忽略而引起嚴重的問題。比如下圖高亮的紅色銅皮,兩塊白色方框内的銅皮看起來很大,其實他們的連接配接僅僅隻有綠色部分窄窄的一條,這裡就是阻抗瓶頸。

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