電源地、信號地、數字地和模擬地的處理方式
發布時間:2019-08-16 責任編輯:lina
【導讀】一般在我們的AD係統裏麵,都有非常明確的模擬電源/模擬地和數字電源/數字地,這些的處理相對比較重要。
一般在我們的AD係統裏麵,都有非常明確的模擬電源/模擬地和數字電源/數字地,這些的處理相對比較重要。通常的係統中:
1、我們常用10~20歐姆電阻來做模擬電源和數字電源的隔離。當然,使用分組的隔離電源是最好的選擇,但是成本相對較高。
2、處理模擬地和數字地時,最終使用1點接連的辦法,這個連接點要選在PCB上的電荷平衡點,以防止出現電壓差,這需要良好的PCB和模擬設計基礎及經驗。
3、使用PSRR較高的LDO,盡量避免使用DCDC和紋波超過300UV的電源穩壓器件。當然,我們可以通過差分輸入來減少來自電源的幹擾。
4、良好的屏蔽罩同樣可以減少外部空間電磁輻射對AD係統的影響,諸如雷達、手機輻射、紫外線等。
電(dian)源(yuan)地(di)主(zhu)要(yao)是(shi)針(zhen)對(dui)電(dian)源(yuan)回(hui)路(lu)電(dian)流(liu)所(suo)走(zou)的(de)路(lu)徑(jing)而(er)言(yan)的(de),一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)電(dian)源(yuan)地(di)流(liu)過(guo)的(de)電(dian)流(liu)較(jiao)大(da),而(er)信(xin)號(hao)地(di)主(zhu)要(yao)是(shi)針(zhen)對(dui)兩(liang)塊(kuai)芯(xin)片(pian)或(huo)者(zhe)模(mo)塊(kuai)之(zhi)間(jian)的(de)通(tong)信(xin)信(xin)號(hao)的(de)回(hui)流(liu)所(suo)流(liu)過(guo)的(de)路(lu)徑(jing),一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)信(xin)號(hao)地(di)流(liu)過(guo)的(de)電(dian)流(liu)很(hen)小(xiao),其(qi)實(shi)兩(liang)者(zhe)都(dou)是(shi)GND,之所以分開來說,是想讓大家明白在布PCB板(ban)時(shi)要(yao)清(qing)楚(chu)地(di)了(le)解(jie)電(dian)源(yuan)及(ji)信(xin)號(hao)回(hui)流(liu)各(ge)自(zi)所(suo)流(liu)過(guo)的(de)路(lu)徑(jing),然(ran)後(hou)在(zai)布(bu)板(ban)時(shi)考(kao)慮(lv)如(ru)何(he)避(bi)免(mian)電(dian)源(yuan)及(ji)信(xin)號(hao)共(gong)用(yong)回(hui)流(liu)路(lu)徑(jing),如(ru)果(guo)共(gong)用(yong)的(de)話(hua),有(you)可(ke)能(neng)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)源(yuan)地(di)上(shang)的(de)大(da)電(dian)流(liu)在(zai)信(xin)號(hao)地(di)產(chan)生(sheng)一(yi)個(ge)電(dian)壓(ya)差(cha)(可以解釋為:導線是有阻抗的,隻是阻值很小,但如果所流過的電流較大時,也會在此導線上產生電位差,這也叫共阻抗幹擾),使信號地的真實電位高於0V。信號地的電位較大時,有可能會使本來是高電平的信號被誤判為低電平。
dangrandianyuandibenlaijiuhenbuganjing,zheyangzuoyekeyibimianyouyuganraoshixinhaowupan。suoyijiangdianyuandihexinhaodizaibuxianshishaoweizhuyiyixia,jiukeyi。yibanlaishuojishizaiyiqiyebuhuichanshengdadewenti,yinweishuzidianludemenxianjiaogao。chulezhengquejinxingjiedisheji、安裝,還要正確進行各種不同信號的接地處理。控製係統中,大致有以下幾種地線:
(1)數字地:也叫邏輯地,是各種開關量(數字量)信號的零電位。
(2)模擬地:是各種模擬量信號的零電位。
(3)信號地:通常為傳感器的地。
(4)交流地:交流供電電源的地線,這種地通常是產生噪聲的地。
(5)直流地:直流供電電源的地。
(6)屏蔽地:也叫機殼地,為防止靜電感應和磁場感應而設。
以上這些地線處理是係統設計、安裝、調試中的一個重要問題。下麵就接地問題提出一些看法:
(1)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)宜(yi)采(cai)用(yong)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia),高(gao)頻(pin)電(dian)路(lu)應(ying)就(jiu)近(jin)多(duo)點(dian)接(jie)地(di),低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)應(ying)一(yi)點(dian)接(jie)地(di)。在(zai)低(di)頻(pin)電(dian)路(lu)中(zhong),布(bu)線(xian)和(he)元(yuan)件(jian)間(jian)的(de)電(dian)感(gan)並(bing)不(bu)是(shi)什(shen)麼(me)大(da)問(wen)題(ti),然(ran)而(er)接(jie)地(di)形(xing)成(cheng)的(de)環(huan)路(lu)的(de)幹(gan)擾(rao)影(ying)響(xiang)很(hen)大(da),因(yin)此(ci),常(chang)以(yi)一(yi)點(dian)作(zuo)為(wei)接(jie)地(di)點(dian);但一點接地不適用於高頻,因為高頻時,地線上具有電感,因而增加了地線阻抗,同時各地線之間又產生電感耦合。一般來說,頻率在1MHz以下時可用一點接地;高於10MHz時,采用多點接地;在1~10MHz之間可用一點接地,也可用多點接地。
(2)交流地與信號地不能共用。由於在一段電源地線的兩點間會有數mV甚至幾V電壓,對低電平信號電路來說,這是一個非常重要的幹擾,因此必須加以隔離和防止。
(3)浮地與接地的比較。全機浮空即係統各個部分與大地浮置起來,這種方法簡單,但整個係統與大地絕緣電阻不能小於50MΩ。這zhe種zhong方fang法fa具ju有you一yi定ding的de抗kang幹gan擾rao能neng力li,但dan一yi旦dan絕jue緣yuan下xia降jiang就jiu會hui帶dai來lai幹gan擾rao。還hai有you一yi種zhong方fang法fa,就jiu是shi將jiang機ji殼ke接jie地di,其qi餘yu部bu分fen浮fu空kong。這zhe種zhong方fang法fa抗kang幹gan擾rao能neng力li強qiang,安an全quan可ke靠kao,但dan實shi現xian起qi來lai比bi較jiao複fu雜za。
(4)monidi。monididejiefashifenzhongyao。weiletigaokanggongmoganraonengli,duiyumonixinhaokecaiyongpingbifujishu。duiyujutimoniliangxinhaodejiedichuliyaoyangeanzhaocaozuoshouceshangdeyaoqiusheji。
(5)屏(ping)蔽(bi)地(di)。在(zai)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)為(wei)了(le)減(jian)少(shao)信(xin)號(hao)中(zhong)的(de)電(dian)容(rong)耦(ou)合(he)噪(zao)聲(sheng),有(you)利(li)於(yu)準(zhun)確(que)檢(jian)測(ce)和(he)控(kong)製(zhi),對(dui)信(xin)號(hao)采(cai)用(yong)屏(ping)蔽(bi)措(cuo)施(shi)是(shi)十(shi)分(fen)必(bi)要(yao)的(de)。根(gen)據(ju)屏(ping)蔽(bi)目(mu)的(de)不(bu)同(tong),屏(ping)蔽(bi)地(di)的(de)接(jie)法(fa)也(ye)不(bu)一(yi)樣(yang)。電(dian)場(chang)屏(ping)蔽(bi)解(jie)決(jue)分(fen)布(bu)電(dian)容(rong)問(wen)題(ti),一(yi)般(ban)接(jie)大(da)地(di);電磁場屏蔽主要避免雷達、電台等高頻電磁場輻射幹擾,利用低阻金屬材料高導流而製成,可接大地。磁場屏蔽用以防磁鐵、電機、變壓器、線xian圈quan等deng磁ci感gan應ying,其qi屏ping蔽bi方fang法fa是shi用yong高gao導dao磁ci材cai料liao使shi磁ci路lu閉bi合he,一yi般ban接jie大da地di為wei好hao。當dang信xin號hao電dian路lu是shi一yi點dian接jie地di時shi,低di頻pin電dian纜lan的de屏ping蔽bi層ceng也ye應ying一yi點dian接jie地di。如ru果guo電dian纜lan的de屏ping蔽bi層ceng接jie地di點dian有you一yi個ge以yi上shang時shi,將jiang產chan生sheng噪zao聲sheng電dian流liu,形xing成cheng噪zao聲sheng幹gan擾rao源yuan。當dang一yi個ge電dian路lu有you一yi個ge不bu接jie地di的de信xin號hao源yuan與yu係xi統tong中zhong接jie地di的de放fang大da器qi相xiang連lian時shi,輸shu入ru端duan的de屏ping蔽bi應ying接jie至zhi放fang大da器qi的de公gong共gong端duan;相反,當接地的信號源與係統中不接地的放大器相連時,放大器的輸入端也應接到信號源的公共端。
對於電氣係統的接地,要按接地的要求和目的分類,不能將不同類接地簡單地、任(ren)意(yi)地(di)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi),而(er)是(shi)要(yao)分(fen)成(cheng)若(ruo)幹(gan)獨(du)立(li)的(de)接(jie)地(di)子(zi)係(xi)統(tong),每(mei)個(ge)子(zi)係(xi)統(tong)都(dou)有(you)其(qi)共(gong)同(tong)的(de)接(jie)地(di)點(dian)或(huo)接(jie)地(di)幹(gan)線(xian),最(zui)後(hou)才(cai)連(lian)接(jie)在(zai)一(yi)起(qi),實(shi)行(xing)總(zong)接(jie)地(di)。
補充幾點:
1、首先我們要處理係統的晶體幹擾問題,晶體在一個PCB上shang的de布bu局ju比bi較jiao重zhong要yao。當dang然ran,選xuan型xing也ye很hen重zhong要yao。理li論lun上shang一yi個ge係xi統tong中zhong的de外wai部bu晶jing體ti頻pin率lv越yue低di,係xi統tong越yue穩wen定ding,越yue不bu容rong易yi受shou到dao幹gan擾rao,但dan是shi在zai內nei部bu做zuo倍bei頻pin基ji本ben上shang是shi芯xin片pian級ji的de應ying用yong層ceng次ci了le,補bu台tai需xu要yao我wo們men操cao心xin。
晶體的外殼如果是金屬的,通常要接到數字地上,晶體盡量遠離ADC電路,靠近MCU。
2、多個電源地之間可以考慮用電感來連接。計算一個比較適合的電感和BYPASS電容,可以消除一些附加在電源地上的幹擾信號,這些可以用著名的PSPICE軟件來模擬。
3、PCB設計時,電源的線寬應當根據電流大小布置,通常需要為普通信號線的數倍。在電池供電的微功耗設備裏,建議最小的電源線寬不小於15MIL(這僅僅是我們的意見)。當然,有條件的可以用軟件來模擬下電流的實際大小和需要的線寬、線厚度等,這個在POWER PCB上可以實際仿真得到相關參數。
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