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技術(shù)專(zhuān)題
PCB布局中的數(shù)字，模擬和接地
PCB布局中的數(shù)字，模擬和接地
在電子學(xué)領(lǐng)域，我對(duì)PCB設(shè)計(jì)涉及的不同類(lèi)型的接地同樣感到困惑：數(shù)字，模擬和接地。當(dāng)大學(xué)的講師總是指出，盡管理由有相同的參照物，但它們卻用不同的符號(hào)表示時(shí)，很難不感到困惑。
從理論上講，很容易理解數(shù)字電子元件是參考數(shù)字地的，而模擬電子元件也是如此。通過(guò)原理圖中使用的接地符號(hào)可以明顯地區(qū)分它們。然而，真正的挑戰(zhàn)是物理布線(xiàn)并在PCB上放置各自的接地。
地面實(shí)際上在做什么？
數(shù)字電流，無(wú)論是單點(diǎn)接地電流還是帶有參考點(diǎn)，接地引腳和接地測(cè)試儀的適當(dāng)接地方案，用于數(shù)字電路的測(cè)量。無(wú)論您是要合并抗混疊濾波器或差分放大器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器等組件，還是要警惕具有信噪比和電壓的設(shè)備或電源中的信號(hào)和噪聲差異放下，您需要知道您要尋找的內(nèi)容。
有時(shí)，您需要重新了解基礎(chǔ)知識(shí)，以掌握PCB設(shè)計(jì)中的接地技術(shù)。這意味著要超越地面的原理圖符號(hào)。在典型的電子系統(tǒng)中，地面為數(shù)字和模擬信號(hào)提供了參考。因此，為了獲得可靠的信號(hào)，地面必須相對(duì)“干凈”。
地面還充當(dāng)流經(jīng)信號(hào)走線(xiàn)的電流的返回路徑。關(guān)于當(dāng)前路徑，需要牢記兩件事：
電流始終流經(jīng)電阻最小的路徑。
接地走線(xiàn)的大小必須足以應(yīng)付任何大電流。
數(shù)字，模擬和接地
數(shù)字電路通常以信號(hào)在Vcc和0V之間擺動(dòng)的快速轉(zhuǎn)變?yōu)樘卣鳌Ｗ匀坏兀?dāng)電流脈沖通過(guò)時(shí)，地面將遭受尖峰。另一方面，模擬信號(hào)在很大程度上依賴(lài)于穩(wěn)定的接地，以提供準(zhǔn)確的讀數(shù)。
接地實(shí)際上是指延伸到地球本身的物理連接。它通常連接到機(jī)箱，或用于安全地傳輸相鄰組件的靜電放電。從理論上講，大地是中性的電平面。然而，事實(shí)證明，有時(shí)它可能會(huì)有些嘈雜。
連接PCB上的不同接地
即使對(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師來(lái)說(shuō)，在PCB上正確設(shè)置接地圖案也是一個(gè)棘手的問(wèn)題。例如，音頻和數(shù)字接地中的一個(gè)錯(cuò)誤會(huì)導(dǎo)致靜電噪聲耦合到音頻輸出。新設(shè)計(jì)人員只能使用單個(gè)接地層，從而導(dǎo)致模擬輸入隨機(jī)波動(dòng)。
一些電子專(zhuān)家指出，星形連接是在單個(gè)點(diǎn)上連接各種類(lèi)型接地的最佳方法之一。但是，在某些情況下，由于PCB上的組件布置或空間限制，星形連接可能不可行。
在對(duì)接地連接犯了很多錯(cuò)誤之后，我終于學(xué)會(huì)了如何設(shè)計(jì)穩(wěn)定的接地。我更喜歡使用接地排方法，并在PCB上隔離電源，數(shù)字和模擬模塊。下面是該接地系統(tǒng)外觀(guān)的一般示意圖。
接地的樣品布置
當(dāng)然，這種接地方法僅在組件可以根據(jù)其功能清楚地分開(kāi)時(shí)才適用。布置接地層的原理是將最嘈雜的接地端放在一端，將最敏感的接地端放在另一端。
在某些情況下，僅需要在特定組件處分離接地層。這可以通過(guò)以下方式分離組件下方的接地層來(lái)完成：
組件下方的地平面
PCB上的接地不應(yīng)視為專(zhuān)有主題。取而代之的是，設(shè)計(jì)師應(yīng)該運(yùn)用常識(shí)，或者更確切地說(shuō)，是電子學(xué)的基本定律和生動(dòng)的想象力，以可視化電子如何沿著由不同的接地排列形成的路徑行進(jìn)。