模拟地与数字地详解

转自：  http://blog.csdn.net/kevinhg/article/details/12080751

 两者本质是一直的，就是数字地和模拟地都是地。要明白为何要分开，先听一个故事；咱们公司的商务楼，2楼是搞模拟的，3楼是搞数字的，整幢楼只有一部电梯，平时人少的时候还好办，上2楼上3楼互不影响，但天天上下班的时候就不得了了，人多得很，搞数字的要上3楼，老是被2楼搞模拟的人影响，2楼模拟的人要下楼，老是要等电梯上了3楼再下来，互相影响非常麻烦，商务楼的物业为解决这个问题，提出了2个方案：第1个（笑死人了）电梯扩大，能够装更多的人，电梯大了是好，但公司会招人，人又多了，再换电梯，再招人...永远死循环，有一个办法到挺好，你们索性不要电梯，直接往下跳，无论2楼的3楼的，确定解决问题，但确定会出问题（第1个被枪毙掉了）。第2个办法装2部电梯，一部专门上2楼，另外一部专门上3楼，Wonderful！太机智了，这样2层楼面的工做人员就互不影响了。明白了否？

       数字地、模拟地互相会影响不是由于一个叫数字，一个叫模拟，而是他们用了同一部电梯：地，而这部电梯所用的井道就是咱们在PCB上布得地线。模拟回路的电流走这条线，数字回路的电流也走这条线，原本无可厚非，线布着就是用来导通电流的，可问题出在这根线上有电阻！并且最根本的问题是走这条线的电流要去2个不一样的回路。假设一下：有2股电流，数流，模流同时从地出发。有2个器件：数字件和模拟件。若2个回路不分开，数流模流走到数字件的接地端前的时候，损耗的电压为V=（数流+模流）X走线电阻，至关于数字器件的接地端相对于地端升高了V，数字器件不满意了，我认可会升高少量电压，数流的那部分我认了，但模流的为何要加在我头上？同理模拟器件也会一样抱怨！

       两个解决方案：第1个：你布的PCB线没有阻抗，天然不会引发干扰，就像二、3楼直接往下跳，那是井道最宽的时候，也就是能够装一个无限大的电梯，天然谁都不影响谁，但谁都知道，This is mission impossible！第2个：2条回路分开走，数流，模流分开，既数地、模地分开。

       同理，有时虽在模拟回路中，但也要分大、小电流回路，就是避免相互干扰。所谓的干扰就是：2个不一样回路中的电流在PCB走线上引发的电压，这2部分电压互相叠加而产生的。       

       下面再具体介绍，简单来讲，数字地是数字电路部分的公共基准端，即数字电压信号的基准端；模拟地是模拟电路部分的公共基准端，模拟信号的电压基准端（零电位点）。
1、分为数字地和模拟地的缘由
       因为数字信号通常为矩形波，带有大量的谐波。若是电路板中的数字地与模拟地没有从接入点分开，数字信号中的谐波很容易会干扰到模拟信号的波形。当模拟信号为高频或强电信号时，也会影响到数字电路的正常工做。模拟电路涉及弱小信号，可是数字电路门限电平较高，对电源的要求就比模拟电路低些。既有数字电路又有模拟电路的系统中，数字电路产生的噪声会影响模拟电路，使模拟电路的小信号指标变差，克服的办法是分开模拟地和数字地。
       存在问题的根本缘由是，没法保证电路板上铜箔的电阻为零，在接入点将数字地和模拟地分开，就是为了将数字地和模拟地的共地电阻降到最小。
2、数字地和模拟地处理的基本原则以下
       若是把模拟地和数字地大面积直接相连，会致使互相干扰。不短接又不妥。对于低频模拟电路，除了加粗和缩短地线以外，电路各部分采用一点接地是抑制地线干扰的最佳选择，主要能够防止因为地线公共阻抗而致使的部件之间的互相干扰。
       而对于高频电路和数字电路，因为这时地线的电感效应影响会更大，一点接地会致使实际地线加长而带来不利影响，这时应采起分开接地和一点接地相结合的方式。另外对于高频电路还要考虑如何抑制高频辐射噪声，方法是：尽可能加粗地线，以下降噪声对地阻抗；满接地，即除传输信号的印制线之外，其余部分全做为地线。不要有无用的大面积铜箔。
       地线应构成环路，以防止产生高频辐射噪声，但环路所包围面积不可过大，以避免仪器处于强磁场中时，产生感应电流。但若是只是低频电路，则应避免地线环路。数字电源和模拟电源最好隔离，地线分开布置，若是有A/D，则只在此处单点共地。低频中没有多大影响，但建议模拟和数字一点接地。高频时，可经过磁珠把模拟和数字地一点共地。
3、四种解决方法
       模拟地和数字地间的串接能够采用四种方式：一、用磁珠链接；二、用电容链接（利用电容隔直通交的原理）；三、用电感链接（通常用几uH到数十uH）；四、用0欧姆电阻链接。下面重点介绍一下磁珠和0欧姆电阻：

       通常状况下，用0欧电阻是最佳选择，一、可保证直流电位相等；二、单点接地，限制噪声；三、对全部频率的噪声都有衰减做用（0欧也有阻抗，并且电流路径狭窄，能够限制噪声电流经过）；四、电容（利用电容隔直通交的原理）。
       磁珠采用在高频段具备良好阻抗特性的铁氧体材料烧结面成，专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰，还具备吸取静电脉冲的能力。磁珠有很高的电阻率和磁导率，等效于电阻和电感串联，但电阻值和电感值都随频率变化。它比普通的电感有更好的高频滤波特性，在高频时呈现阻性，因此能在至关宽的频率范围内保持较高的阻抗，从而提升调频滤波效果。磁珠对高频信号才有较大阻碍做用，通常规格有100欧/100mMHZ，它在低频时电阻比电感小得多。铁氧体磁珠（Ferrite Bead）是目前应用发展很快的一种抗干扰组件，廉价、易用，滤除高频噪声效果显着。

       铁氧体磁珠不只可用于电源电路中滤除高频噪声（可用于直流和交流输出），还可普遍应用于其它电路，其体积能够作得很小。特别是在数字电路中，因为脉冲信号含有频率很高的高次谐波，也是电路高频辐射的主要根源，因此可在这种场合发挥磁珠的做用。在电路中只要导线穿过它便可。当导线中电流穿过期，铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗，而对较高频率的电流会产生较大衰减做用。

四.电感与磁珠的区别
       有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈，少于一匝（导线直通磁环）的线圈习惯称之为磁珠。电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件，电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策；磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。二者均可用于处理EMC、EMI问题；电感通常用于电路的匹配和信号质量的控制上，在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。
      做为电源滤波，可使用电感。磁珠的电路符号就是电感可是型号上能够看出使用的是磁珠在电路功能上，磁珠和电感是原理相同的，只是频率特性不一样罢了;磁珠由氧磁体组成，电感由磁心和线圈组成，磁珠把交流信号转化为热能，电感把交流存储起来，缓慢的释放出去。
       电感是储能元件，而磁珠是能量转换（消耗）器件；电感多用于电源滤波回路，磁珠多用于信号回路，用于EMC对策；磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰，而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。二者均可用于处理EMC、EMI问题。磁珠是用来吸取超高频信号，象一些RF电路，PLL，振荡电路，含超高频存储器电路（DDR SDRAM，RAMBUS等）都须要在电源输入部分加磁珠，而电感是一种蓄能元件，用在LC振荡电路，中低频的滤波电路等，其应用频率范围不多超过50MHZ。
5、几种方法综述
        电容隔直通交，形成浮地。电容不通直流，会致使压差和静电积累，摸机壳会麻手。若是把电容和磁珠并联，就是多此一举，由于磁珠通直，电容将失效。串联的话就显得不三不四。
　　电感体积大，杂散参数多，特性不稳定，离散分布参数很差控制，体积大。电感也是陷波，LC谐振(分布电容)，对噪点有特效。
　　磁珠的等效电路至关于带阻陷波器，只对某个频点的噪声有抑制做用，若是不能预知噪点，如何选择型号，何况，噪点频率也不必定固定，故磁珠不是一个好的选择。
        0欧电阻至关于很窄的电流通路，可以有效地限制环路电流，使噪声获得抑制。电阻在全部频带上都有衰减做用(0欧电阻也有阻抗)，这点比磁珠强。
        总之，关键是模拟地和数字地要一点接地。建议，不一样种类地之间用0欧电阻相连；电源引入高频器件时用磁珠；高频信号线耦合用小电容；电感用在大功率低频上。