10.混合信號接地的困惑根源 ：對多卡系統應用單卡接地概念

大多數 ADC、DAC 和其他混合信號器件數據手冊是針對單個 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字層。另外建議將轉換器的 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字接地層，如圖 8 所示。這樣就基本在混合信號器件上產生了系統"星型"接地。

所有高噪聲數字電流通過數字電源流入數字接地層，再返回數字電源 ；與電路板敏感的模擬部分隔離開。系統星型接地結構出現在混合信號器件中模擬和數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，通常不適合多卡混合信號系統。在不同 PCB（或適用情況的相同 PCB 上）上具有數個 ADC 或 DAC 的系統中，模擬和數字接地層在數個點連接，使得建立接地環路成為可能，而單點“星型”接地系統 則不可能。鑒于以上原因，此接地方法不適用于多卡系統，上述方法應當用于具有低數字電流的混合信號 IC。

總結 ：多卡系統中具有低數字電流的混合信號器件的接地

圖 9 總結了上述具有低數字電流的混合信號器件的接地方法。由于小數字瞬態電流流入去耦電容 VD 與 DGND（顯示為粗實線）間的小環路，模擬接地層未被破壞。混合信號器件適合作為模擬元件的所有應用。接地層間的噪聲 VN 會降低數字接口上的噪聲裕量，但如果使用低阻抗數字接地層保持在 300 mV 以下，且一直回到系統星型接地，則一般無不利影響。

不過，Σ-Δ 型 ADC、編解碼器和 DSP 等具有片內模擬功能的混合信號器件數字化密集度越來越高。再加上其他數字電路，使數字電流和噪聲越來越大。例如，Σ-Δ 型 ADC 或DAC 含有復雜的數字濾波器，會大量增加器件內的數字電流。上述方法依靠 VD 與 DGND間的去耦電容，將數字瞬態電流隔離在小環路內。不過，如果數字電流太大，且具有直流或低頻成分，去耦電容可能因過大而變得不可行。在 VD 與 DGND 間的環路外流動的任何數字電流必須流經模擬接地層。這可能會降低性能，特別是在高分辨率系統中。

要預測流入模擬接地層的多大數字電流會讓系統無法接受很困難。目前我們只能推薦可能提供較佳性能的替代接地方法。

總結 ：多卡系統中具有高數字電流的混合信號器件的接地（請謹慎使用本方法！）

圖 10 中顯示了適合高數字電流混合信號器件的替代接地方法。混合信號器件的 AGND 連接到模擬接地層，而 DGND 連接到數字接地層。數字電流與模擬接地層隔離開，但兩個接地層之間的噪聲直接施加于器件的 AGND 與 DGND 引腳間。為了成功實施本方法，混合信號器件內的模擬和數字電路必須充分隔離。AGND 與 DGND 引腳間的噪聲不得過大，以免降低內部噪聲裕量或損壞內部模擬電路。

圖 10 顯示可選用連接模擬和數字接地層的肖特基二極管（背對背）或鐵氧體磁珠。肖特基二極管可防止兩層兩端產生大的直流電壓或低頻電壓尖峰。如果這些電壓超過 300 mV，由于是直接出現在 AGND 與 DGND 引腳之間，可能會損壞混合信號 IC。作為背對背肖特基二極管的備選器件，鐵氧體磁珠可在兩層間提供直流連接，但在高于數 MHz 的頻率下，由于鐵氧體磁珠變為電阻，會導致隔離。這可以保護 IC 不受 AGND 與 DGND 間直流電壓的影響，但鐵氧體磁珠提供的直流連接可能引入無用的直流接地環路，因此可能不適合高分辨率系統。

AGND 與 DGND 引腳在具有高數字電流的特殊 IC 內分離時，必要時應設法將其連接在一起。通過跳線和 / 或帶線選項，可以嘗試兩種方法，看看哪一種提供最佳的系統整體性能。

11.接地總結

沒有單一一種接地方法能始終保證最佳性能！本節根據所考慮的特定混合信號器件特性提出了幾種可能的選項。但在實施初始 PC 板布局時，提供盡可能多的選項會很有幫助。

PC 板必須至少有一層專用于接地層！初始電路板布局應提供非重疊的模擬和數字接地層，如果需要，應在數個位置提供焊盤和過孔，以便安裝背對背肖特基二極管或鐵氧體磁珠。提供焊盤和過孔也極為重要，需要時可以使用跳線將模擬和數字接地層連接在一起。目前，預測“多點”（單一接地層）還是“星型”接地（分離模擬和數字接地層）方法能提供最佳整體系統性能還很困難 ；因此，可能需要使用跳線對最終 PC 板做一些實驗。

如有疑問，最好先分離模擬和數字接地層，以后再用跳線連接，而不要一開始就使用單一接地層，隨后又嘗試分離！

混合信號系統的一些通用 PC 板布局指南

很顯然，多關注系統布局并防止不同信號彼此干擾，可以將噪聲降至最低。高電平模擬信號應與低電平模擬信號隔離開，兩者均應遠離數字信號。我們曾經在波形采樣和重建系統中發現，采樣時鐘（數字信號）與模擬信號一樣易受噪聲影響，同時與數字信號一樣易于產生噪聲，因此必須與模擬和數字系統都隔離開。如果在時鐘分配中使用時鐘驅動器封裝，應僅有一個頻率時鐘通過單個封裝。在相同封裝內的不同頻率時鐘間共享驅動器將產生過度抖動和串擾，并降低性能。

在敏感信號穿過的地方，接地層可發揮屏蔽作用。圖 11 顯示了數據采集電路板的良好布局，其中所有敏感區域彼此隔離開，且信號路徑盡量短。雖然實際布局不太可能如此整潔，但基本原則仍然適用。

執行信號和電源連接時有許多要點需要考慮。首先，連接器是系統中所有信號傳輸線必須并行的幾個位置之一，因此它們必須與接地引腳分開（形成法拉第屏蔽），以減少其間的耦合。

多接地引腳非常重要還有另一原因 ：可以降低電路板與背板間結點的接地阻抗。對于新電路板，PCB 連接器單一引腳的接觸電阻很低（10 mΩ 水平），隨著電路板變舊，接觸電阻可能升高，電路板性能會受影響。因此通過分配額外 PCB 連接器引腳來增加接地連接很有必要（PCB 連接器上所有引腳中約 30 至 40% 應為接地引腳）。出于同樣的理由，每個電源連接應有數個引腳，當然數量不必像接地引腳一樣多。

審核編輯：湯梓紅