1. 接地术语和基本原理#

接地的基本目的是为系统中的所有信号提供参考。在混合信号系统中，涉及两种主要类型的接地：模拟接地（AGND）和数字接地（DGND）。这两种接地在功能上有所不同：

• AGND 作为模拟信号的参考，确保信号保持一致性和稳定性。
• DGND 为数字信号提供参考，但由于数字开关和电流尖峰，通常会受到高频噪声的影响。

正确地布置和管理这两种接地的连接非常重要，以保持模拟部分的性能，并防止数字噪声污染敏感的模拟信号。

2. 混合信号系统中的接地策略#

文献中讨论的一个常见接地策略是星型接地方法，其中所有电压参考都被引导到一个中心点。该策略通过确保信号的返回路径不互相交叉，最小化接地回路的干扰。然而，星型接地的实际实现可能很有挑战性，尤其是在多个电源或大电流的系统中。

在混合信号系统中，关键问题是将噪声较大的数字电流与模拟信号路径隔离开来。接地应理想地在低阻抗点连接在一起，以防止噪声进入模拟信号路径。

3. 数据转换器中的AGND和DGND引脚#

在使用混合信号设备（如数据转换器）时，理解AGND和DGND引脚的功能至关重要。这些引脚用于在IC内部分离模拟和数字接地，但外部的配置取决于具体的系统设计。以下是两种接地如何处理的简化视图：

• 内部，数据转换器中的模拟和数字接地通常分开，以防止数字噪声干扰模拟电路。
• 外部，AGND和DGND引脚应该连接到同一接地平面，以确保它们之间有低阻抗连接，最小化噪声耦合。

4. 模拟接地平面与数字接地平面#

接地平面是用于建立低阻抗电流回流路径并屏蔽电路免受外部干扰的一个大面积铜层。在混合信号系统中，接地平面的作用不可小觑：

• 它作为高频电流的回流路径，这些电流由快速切换的数字逻辑引起。
• 它有助于减少电磁干扰（EMI）和无线电频率干扰（RFI），使系统对外部噪声更具免疫力。

在设计PCB时，通常会在板的一侧设置一个连续的铜接地平面，以确保最小的电阻和电感。接地数据转换器时，尤其需要特别关注，以确保模拟和数字信号适当地隔离，防止数字电路的噪声污染模拟信号。

5. 处理高数字电流和低数字电流#

根据系统中的数字活动量，接地技术可能会有所不同：

• 低数字电流： 如果数字电流较小，则可以在数字电源和DGND之间简单地放置一个去耦电容器。这样，数字瞬态电流会局限在一个小回路内，防止其干扰模拟电路。

• 高数字电流： 如果数字电流较大，尤其是像Σ-Δ ADC这类具有大量数字处理组件的设备，可能需要更先进的隔离技术。在这种情况下，DGND引脚连接到数字接地平面，而AGND引脚保持连接到模拟接地平面。

如果模拟和数字接地被物理分离，则需要使用肖特基二极管或铁氧体珠等特殊配置，以防止两个平面之间产生危险的电压差，这些电压差可能会损坏IC。

6. 模拟和数字电路的隔离#

混合信号系统中接地的主要挑战是将噪声较大的数字电路与敏感的模拟电路隔离开来。为了防止干扰，应考虑以下因素：

• 为模拟和数字电路使用分开的接地平面，确保数字部分的回流电流不会污染模拟部分。
• 在高频信号的情况下，至关重要的是最小化信号路径的回路面积，以减少电感并避免不必要的电磁干扰。
• 将去耦电容器尽可能靠近模拟和数字部分的电源引脚，以防止噪声耦合。

7. 回流电流和接地布局#

高频信号的回流电流会直接流经接地平面，位于信号路径的正下方。设计PCB布局时必须理解这一原理，因为回流路径不能被接地平面的插槽或分裂所阻塞。这些障碍物可能导致回流电流找到替代路径，从而引入干扰或增加电磁干扰。

最佳实践是将信号 traces 布局在连续的接地平面上，以确保回流电流跟随最小阻抗路径，通常是在信号 trace 下方。

结论#

总而言之，在混合信号系统中，接地是一个复杂但至关重要的方面。通过正确的接地，最小化噪声耦合，保持信号完整性，并提高整体系统性能。通过使用低阻抗接地平面、精心布置信号路径以及适当的模拟和数字部分隔离技术，设计人员可以优化高精度混合信号系统的性能。根据系统中数字电流的高低理解接地需求，将使接地策略更加有效，从而最小化干扰并确保信号处理的准确性。