1、混合信號接地的困惑根源
大多數(shù)ADC、DAC和其他混合信號器件數(shù)據(jù)手冊是針對單個PCB討論接地，通常是制造商自己的評估板。將這些原理應用于多卡或多ADC/DAC系統(tǒng)時，就會讓人感覺困惑茫然。通常建議將PCB接地層分為模擬層和數(shù)字層，并將轉換器的AGND和DGND引腳連接在一起，并且在同一點連接模擬接地層和數(shù)字接地層，如圖1所示：
圖1. 混合信號IC接地：單個PCB（典型評估/測試板）
這樣就基本在混合信號器件上產(chǎn)生了系統(tǒng)“星型”接地。所有高噪聲數(shù)字電流通過數(shù)字電源流入數(shù)字接地層，再返回數(shù)字電源；與電路板敏感的模擬部分隔離開。系統(tǒng)星型接地結構出現(xiàn)在混合信號器件中模擬和數(shù)字接地層連接在一起的位置。
該方法一般用于具有單個PCB和單個ADC/DAC的簡單系統(tǒng)，不適合多卡混合信號系統(tǒng)。在不同PCB（甚至在相同PCB上）上具有數(shù)個ADC或DAC的系統(tǒng)中，模擬和數(shù)字接地層在多個點連接，使得建立接地環(huán)路成為可能，而單點“星型”接地系統(tǒng)則不可能。
鑒于以上原因，此接地方法不適用于多卡系統(tǒng)，上述方法應當用于具有低數(shù)字電流的混合信號IC。
2、具有低數(shù)字電流的混合信號IC的接地和去耦
敏感的模擬元件，例如放大器和基準電壓源，必須參考和去耦至模擬接地層。具有低數(shù)字電流的ADC和DAC（和其他混合信號IC）一般應視為模擬元件，同樣接地并去耦至模擬接地層。乍看之下，這一要求似乎有些矛盾，因為轉換器具有模擬和數(shù)字接口，且通常有指定為模擬接地（AGND）和數(shù)字接地（DGND）的引腳。圖2有助于解釋這一兩難問題：
圖2. 具有低內部數(shù)字電流的混合信號IC的正確接地
同時具有模擬和數(shù)字電路的IC（例如ADC或DAC）內部，接地通常保持獨立，以免將數(shù)字信號耦合至模擬電路內。
圖2顯示了一個簡單的轉換器模型。將芯片焊盤連接到封裝引腳難免產(chǎn)生線焊電感和電阻，IC設計人員對此是無能為力的，心中清楚即可。快速變化的數(shù)字電流在B點產(chǎn)生電壓，且必然會通過雜散電容CSTRAY耦合至模擬電路的A點。此外，IC封裝的每對相鄰引腳間約有0.2pF的雜散電容，同樣無法避免！IC設計人員的任務是排除此影響讓芯片正常工作。
不過，為了防止進一步耦合，AGND和DGND應通過最短的引線在外部連在一起，并接到模擬接地層。DGND連接內的任何額外阻抗將在B點產(chǎn)生更多數(shù)字噪聲；繼而使更多數(shù)字噪聲通過雜散電容耦合至模擬電路。請注意，將DGND連接到數(shù)字接地層會在AGND和DGND引腳兩端施加VNOISE，帶來嚴重問題！
“DGND”名稱表示此引腳連接到IC的數(shù)字地，但并不意味著此引腳必須連接到系統(tǒng)的數(shù)字地，可以更準確地將其稱為IC的內部“數(shù)字回路”。
這種安排確實可能給模擬接地層帶來少量數(shù)字噪聲，但這些電流非常小，只要確保轉換器輸出不會驅動較大扇出（通常不會如此設計）就能降至最低。將轉換器數(shù)字端口上的扇出降至最低（也意味著電流更低），還能讓轉換器邏輯轉換波形少受振鈴影響，盡可能減少數(shù)字開關電流，從而減少至轉換器模擬端口的耦合。
通過插入小型有損鐵氧體磁珠，如圖2所示，邏輯電源引腳pin（VD）可進一步與模擬電源隔離。轉換器的內部瞬態(tài)數(shù)字電流將在小環(huán)路內流動，從VD經(jīng)去耦電容到達DGND（此路徑用圖中紅線表示）。因此，瞬態(tài)數(shù)字電流不會出現(xiàn)在外部模擬接地層上，而是局限于環(huán)路內。VD引腳去耦電容應盡可能靠近轉換器安裝，以便將寄生電感降至最低。去耦電容應為低電感陶瓷型，通常介于0.01μF（10nF）和0.1μF（100nF）之間。
最后再強調一次，沒有任何一種接地方案適用于所有應用。但是，通過了解各個選項和提前進行規(guī)則，可以最大程度地減少問題。 |
