电子设计知识

1.模拟地与数字地1.1于模拟地与数字地的认识在电子系统设计中，为了少走弯路和节省时间，应充分考虑并满足抗干扰性的要求，避免在设计完成后再去进行抗干扰的补救措施。形成干扰的基本要素有三个：（1）干扰源，指产生干扰的元件、设备或信号，用数学语言描述如下：du/dt，di/dt大的地方就是干扰源。如：雷电、继电器、可控硅、电机、高频时钟等都可能成为干扰源。（2）传播路径，指干扰从干扰源传播到敏感器件的通路或媒介。典型的干扰传播路径是通过导线的传导和空间的辐射。（3）敏感器件，指容易被干扰的对象。如：A/D、D/A变换器，单片机，数字IC，弱信号放大器等。抗干扰设计的基本原则是：抑制干扰源，切断干扰传播路径，提高敏感器件的抗干扰性能。（类似于传染病的预防）1.1.1抑制干扰源：抑制干扰源就是尽可能的减小干扰源的du/dt，di/dt。这是抗干扰设计中最优先考虑和最重要的原则，常常会起到事半功倍的效果。减小干扰源的du/dt主要是通过在干扰源两端并联电容来实现。减小干扰源的di/dt则是在干扰源回路串联电感或电阻以及增加续流二极管来实现。抑制干扰源的常用措施如下：（1）继电器线圈增加续流二极管，消除断开线圈时产生的反电动势干扰。仅加续流二极管会使继电器的断开时间滞后，增加稳压二极管后继电器在单位时间内可动作更多的次数。（2）在继电器接点两端并接火花抑制电路（一般是RC串联电路，电阻一般选几K到几十K，电容选0.01uF），减小电火花影响。（3）给电机加滤波电路，注意电容、电感引线要尽量短。（4）电路板上每个IC要并接一个0.01μF～0.1μF高频电容，以减小IC对电源的影响。注意高频电容的布线，连线应靠近电源端并尽量粗短，否则，等于增大了电容的等效串联电阻，会影响滤波效果。（5）布线时避免90度折线，减少高频噪声发射。（6）可控硅两端并接RC抑制电路，减小可控硅产生的噪声（这个噪声严重时可能会把可控硅击穿的）。按干扰的传播路径可分为传导干扰和辐射干扰两类。所谓传导干扰是指通过导线传播到敏感器件的干扰。高频干扰噪声和有用信号的频带不同，可以通过在导线上增加滤波器的方法切断高频干扰噪声的传播，有时也可加隔离光耦来解决。电源噪声的危害最大，要特别注意处理。所谓辐射干扰是指通过空间辐射传播到敏感器件的干扰。一般的解决方法是增加干扰源与敏感器件的距离，用地线把它们隔离和在敏感器件上加屏蔽罩。1.1.2切断干扰传播路径的常用措施如下：（1）充分考虑电源对单片机的影响。电源做得好，整个电路的抗干扰就解决了一大半。许多单片机对电源噪声很敏感,要给单片机电源加滤波电路或稳压器，以减小电源噪声对单片机的干扰。比如，可以利用磁珠和电容组成π形滤波电路，当然条件要求不高时也可用100Ω电阻代替磁珠。（2）如果单片机的I/O口用来控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。控制电机等噪声器件，在I/O口与噪声源之间应加隔离（增加π形滤波电路）。（3）注意晶振布线。晶振与单片机引脚尽量靠近，用地线把时钟区隔离起来，晶振外壳接地并固定。此措施可解决许多疑难问题。（4）电路板合理分区，如强、弱信号，数字、模拟信号。尽可能把干扰源（如电机，继电器）与敏感元件（如单片机）远离。（5）用地线把数字区与模拟区隔离，数字地与模拟地要分离，最后在一点接于电源地。A/D、D/A芯片布线也以此为原则，厂家分配A/D、D/A芯片引脚排列时已考虑此要求。（6）单片机和大功率器件的地线要单独接地，以减小相互干扰。大功率器件尽可能放在电路板边缘。（7）在单片机I/O口，电源线，电路板连接线等关键地方使用抗干扰元件如磁珠、磁环、电源滤波器，屏蔽罩，可显著提高电路的抗干扰性能。1.1.3提高敏感器件的抗干扰性能提高敏感器件的抗干扰性能是指从敏感器件这边考虑尽量减少对干扰噪声的拾取，以及从不正常状态尽快恢复的方法。提高敏感器件抗干扰性能的常用措施如下：（1）布线时尽量减少回路环的面积，以降低感应噪声。（2）布线时，电源线和地线要尽量粗。除减小压降外，更重要的是降低耦合噪声。（3）对于单片机闲置的I/O口，不要悬空，要接地或接电源。其它IC的闲置端在不改变系统逻辑的情况下接地或接电源。（4）对单片机使用电源监控及看门狗电路，如：IMP809，IMP706，IMP813，X25043，X25045等，可大幅度提高整个电路的抗干扰性能。（5）在速度能满足要求的前提下，尽量降低单片机的晶振和选用低速数字电路。（6）IC器件尽量直接焊在电路板上，少用IC座。为了达到很好的抗干扰，于是我们常看到PCB板上有地分割的布线方式。但是也不是所有的数字电路和模拟电路混合都一定要进行地平面分割。因为这样分割是为了降低噪声的干扰。理论：在数字电路中一般的频率会比模拟电路中的频率要高，而且它们本身的信号会跟地平面形成一个回流（因为在信号传输中，铜线与铜线之间存在着各种各样的电感和分布电容），如果我们把地线混合在一起，那么这个回流就会在数字和模拟电路中相互串扰。而我们分开就是让它们只在自己本身内部形成一个回流。它们之间只用一个零欧电阻或是磁珠连接起来，就是因为原来它们就是同一个物理意义的地，现在布线把它们分开了，最后还应该把它们连接起来。如何分析它们是属于数字部分呢还是模拟部分？这个问题常常是我们在具体画PCB时得考滤的。我个人的看法是要判断一个元件是属于模拟的，还是数字的关键是看与它相关的主要芯片是数字的还是模拟的。比如：电源它可能给模拟电路供电，那它就是模拟部分的，如果它是给单片机或是数据类芯片供电，那它就是数字的。当它们是同一个电源时就需要用一个桥的方法把一个电源从另一个部分引过来。最典形的就是D/A了，它应该是一个一半是数字，一半是模拟的芯片。我认为如果能把数字输入处理好后，剩下的就可以画到模拟部分去了。1.2模拟地和数字地是不是要隔开，最后用一点连接起来？1.我觉的是这样的，最后要用个电阻连起来（0欧），也可以用磁珠，从资料上看还是用电阻好。有不对的地方请指教2.我以前所做PCB的数字地与模拟地都是用一个0欧电阻相连，这是我个人经验呀3.数字电路接地和模拟电路接地最好的用磁珠串在一起!4.我所见大部分是用一点连接5.用0ohm电阻连接和直接用一点连接有什么差别吗?我看到的扳子一般是用FB连接的6.个人认为，地平面单点连接就可以了，电源用派型滤波电路连进来因为模拟区还是有一些信号线要出去的，所以地平面就不能完全割断，否则就跨分割了还望高手指教！7.应该外接个0欧姆的电阻的，我见过的板子几乎都是这样接的8.一般情况下模拟地和数字地分开用什么连接只要别全部混在一起就好，又是时候又需要混在一起，这个没准的，通常小系统的密度大的板子，我看直接共地会更好，我这都是从高手那听说的！9.我个人觉得不需要0欧姆电阻的如果用0欧姆电阻，它的通流能力还是蛮强的，因为0欧姆电阻上压降很小，所以流过较大电流时功耗也不大10.偶的设计曾经用模数分开、单点FB连通的方式，效果还可以。现在做的设计是统一地平面，尚未测试，不知道行不行。不过，最好的设计是模数器件分区放置，而不一定要分割地平面。个人认为：如果害怕数字信号干扰模拟信号，可以采用保护线的做法11.数字和模拟两部分之间，如果互连信号太多，而且分布不集中、没规则，不要分割地。数字、模拟电路布局分配在各自区域，地则是统一起来。（个人意见，不对之处还望大家指正！）12.字和模拟两部分之间，如果互连信号太多，而且分布不集中、没规则，不要分割地。数字、模拟电路布局分配在各自区域，地则是统一起来。同意这个观点,但是不明白为什么不分割也可以?请假高手.13.在单面板和双面板中没有地平面层，所以为减少数字和模拟之间干扰要采取单一节点连接，避免多节点。在4层以上的板，都有地平面，保持地信号的完整和信号回路最短是关键。在高速数字电路中，信号是选择最近的下面平面作为回路的。分割地是在一定程度上延续过去的概念，从理论上讲，信号跨越分割线会导致信号地回路增大，影响地信号。由于分割地也不连续。但是电路的复杂程度增加，数字模拟芯片越来越多混合在一起，要想让所有的信号都避免跨越分割线是非长困难的。这就出现了统一地的方法，将数字电路放在一个区，模拟电路放在一个区，中间放数模电路，采取统一地，地信号会更完整。根本的目的是保持地的连续和信号完整，分割地只是我们曾经使用过的一个手段，现在采取统一地也是一个新的手段。从新的研究来看，统一地是比较好的选择，但是需要仔细布局。14.本人认为那不是0欧电阻，而是磁株。15.我经常做的是LCDTV的主板,大多板子我都是不分地的,只是placement时注意分模块放置就好了,往往不分比分了好,而且设计后面也省事.15.我也这么认为，最好不分，数字，模拟部分布局和走线分数字，模拟部分，地则统一16.其实在一个电路系统里，只有一个参考平面，一个地。如果有两个地的话，那么整个系统怎么联系呢？17.觉得还是完整的地平面好，数字器件模拟期间尽量1.3数字地和模拟地的区别1简单来说，数字地是数字信号的对地，模拟地是模拟信号的对地。由于数字信号一般为矩形波，带有大量的谐波。如果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作。存在问题的根本原因是，谁也无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在一块电路中有可能有模拟电路部分也有数字电路部分为了提高整个电路的性能抗干扰通常把数字电路的地线和模拟电路的地线隔离或是通过电感连接也有所有数字电路一点接地然后连接模拟电路的地连接尽量短宽“地”的叫法，是我们国家一贯的教学失误，早已有学者反复建议取消此叫法，预计将来迟早会被取消的，因为很容易误导。无论是“数字地”还是“模拟地”，本质就是“零电位参考点”（这是最正确和符合实际的叫法，也是不少学者建议的叫法），这个就不难理解了，因为，任何电子线路，肯定都会有自己的“零电位参考点”。没有电气隔离的系统中，肯定是只有一个“零电位参考点”的（这一点不容置疑），也就是只有一个我们现在常说的“地”，因此，在没有电气隔离的系统中，所谓的“数字地”和“模拟地”本质上就是同一个电位点（即“零电位参考点”）。那么，为什么还非要分出“数字地”和“模拟地”呢，这个应该主观不难理解...数字电路的零电位参考点...模拟电路的零电位参考点，在没有电气隔离的系统中，这两个参考点在物理上是连接的，但其“连接”是不作为信号回流的通路的，其“连接”的作用只是“等电位”。串扰在100MHz以上，必须加以抑制，这不等于说100MHz下可以不加以抑制呀，这个逻辑很简单呀。仅仅按照频率来界定其实是不完全合理的，现在的集成芯片的供电电压日益走低（低于3V的已经日益成为主流，以前都是低于5V的），个人观点：随着集成芯片电压走低，串扰必须加以抑制的频段也大幅度走低。这个道理不难理解，因为，微弱的信号（尤其是微弱的电平信号）更易于被干扰乃至被淹没。1.4关于画板子的模拟地与数字地的问题自己这方面基础比较弱可能问的也不太贴切，见谅。最近在画一个板子，实现网络中继，可是对模拟地和数字地一直没有弄清楚，在网上查了很多但感觉还是不明白：主要疑惑如下：1、不知道如何区分模拟地和数字地；2、没有搞清楚模拟地、数字地、电源地、信号地的关系，是电源地和信号地都有模拟和数字之分？3、就是分了模拟地和数字地后，在网上看说不能跨层连线，说要在两种地之间达一个桥，不知道如何操作？希望了解的xdjm赐教，这个问题搞的我实在头疼，要是有什么有用的书籍也可指点。谢谢--好的，谢谢说一下自己在网上看到的观点：1、分，分了之后又会有不能跨分割层布线的困扰，解决方法是再通过磁珠或电感或0欧姆电阻或铜皮（到底用哪个不详，众说纷纭）将分开的连起来，而这些连接用的器件当作桥用。而且个人认为分都是对2层板说的。2、不分，对于多层板会有一层作为地，不分就需要将模拟器件和数字器件分开布局。模拟器件在模拟