什么是數(shù)字地與模擬地？

2016-12-20 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

文 | bruce 一博科技高速先生團(tuán)隊(duì)隊(duì)長

1數(shù)字地與模擬地

再次引用下周偉的這篇文章

所有以電壓電平為工作特性的電氣設(shè)備都需要有參考,也就是說電壓電平都是相對于這個(gè)參考來說的,而這個(gè)參考絕大多數(shù)情況下是0v,最后大家約定俗成的把這個(gè)0v參考叫成了“地”。

點(diǎn)擊回顧全文:《EMC與地之重新認(rèn)識(shí)地》

題外話:看過小編之前文章的朋友,都知道小編喜歡偶爾聽聽邏輯思維,羅胖子在7月9號(hào)的文章叫《時(shí)間分配的學(xué)問:“睡著”就能掙錢》。提到說寫文章就是高杠桿率的工作,把一個(gè)問題談透之后,這個(gè)礦就是你的。當(dāng)別人碰到類似的話題的時(shí)候是繞不過你的文章的。高速先生的文章不知道什么時(shí)候能達(dá)到這個(gè)境界,能讓大家提到串?dāng)_,端接,阻抗這些話題,第一時(shí)間想到就是我們的文章。朝這個(gè)方向努力哈,至少現(xiàn)在我想到要寫和“地”相關(guān)的文章的時(shí)候,我就會(huì)想起引用周偉的這篇文章,以及江南兄經(jīng)典的回答互動(dòng):

“對于長江,歸流到東海;對于湘江,歸流到長江;對于瀏陽河,彎過了幾道灣到湘江。大地就像海洋,信號(hào)就像降水,河流就像信號(hào)回流,信號(hào)總是尋找阻抗最低的導(dǎo)體回流。海平面雖然是歸宿又精準(zhǔn),但讓海拔100米,局部小區(qū)域的湘潭的河水奔流到海,巨大落差,激起千層浪。遠(yuǎn)親不如近鄰,對于信號(hào)來說,阻抗最低的鄰居是最好的回流路徑。”

所以,數(shù)字地也好,模擬地也罷,都是朝著海平面歸流而去。之所以區(qū)分出來數(shù)字地,模擬地,只是因?yàn)槲覀兿ＭM地更加“干凈”,不要被數(shù)字地的“噪聲”所干擾。

2數(shù)模混合設(shè)計(jì)的幾種“地”分割方法

我們先不講“地”吧,先講講一個(gè)故事:

Long long ago, far far away, 有一個(gè)小島,島離大陸之間有一個(gè)海峽,大家隔海相望。島上的人們過著與世隔絕的生活,一切自給自足。大陸上則是燈紅酒綠聲色犬馬,但是這一些都影響不到島民,因?yàn)橹虚g隔著一個(gè)海峽。

島上只能種菜,畜牧,但是手工業(yè)不發(fā)達(dá),島民希望能從大陸買來更多的生活物品,大陸也希望能從島上采購原生態(tài)的蔬果以及新鮮的牛奶。需求產(chǎn)生動(dòng)力,大家從大陸造了一座橋連接這個(gè)海島,橋上設(shè)了關(guān)卡,出入要檢查“通行證”,交易要收稅。甚至還頒布了“限奶令”,規(guī)定一次只能從島上帶兩瓶牛奶,帶多了要處罰。于是牛車馬車汽車從橋上經(jīng)過,在交換各種物品的時(shí)候,島民也接觸到了大陸更加嘈雜的生活方式,心生向往。這時(shí)候,如果有人不從橋上走,而是直接跳海游過去,或者造個(gè)小船運(yùn)貨,這叫“走私”或者“偷渡”,抓到是要重罰的。

隨著海島與大陸的生意越來越繁忙,更多的車子要進(jìn)出,一座橋已經(jīng)忙不過來,于是要造更多的橋,甚至直接填海,把海島和大陸連為一體。大家可以自由進(jìn)出,但是不能擅自定居。

引用下《Cadence印刷電路板設(shè)計(jì):Allegro PCB Editor設(shè)計(jì)指南(第2版)》這本書的數(shù)?；旌显O(shè)計(jì)建議章節(jié):

下面介紹實(shí)際設(shè)計(jì)中針對模擬數(shù)字電源地的分區(qū)和分割問題,以及接地的技巧。

如圖10-25所示,是數(shù)?；旌显O(shè)計(jì)進(jìn)行地區(qū)域分割的幾種常見方式:

對數(shù)模電源地區(qū)域進(jìn)行嚴(yán)格分割,但是實(shí)際布線沒有區(qū)分區(qū)域,帶來跨分割情況嚴(yán)重,這是需要嚴(yán)格避免的設(shè)計(jì)方式,會(huì)帶來嚴(yán)重的信號(hào)質(zhì)量問題和EMC問題。
對數(shù)模電源地區(qū)域進(jìn)行分割,同時(shí)保持某一點(diǎn)連接(單點(diǎn)連接,也就是搭橋,寬度視需要穿過分割區(qū)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)量而定)如果網(wǎng)絡(luò)太多,需要搭接的橋面太寬,也會(huì)失去分割的意義。同時(shí)如果數(shù)模之間的布線太多且無規(guī)律,需要搭好幾個(gè)連接點(diǎn)(橋面)的時(shí)候,這種設(shè)計(jì)也是沒有意義的。
這是分割同時(shí)搭橋方法的衍生,由于A/D器件的存在,所以直接把A/D器件作為橋,數(shù)模的信號(hào)在A/D上進(jìn)行橋接。
同理,當(dāng)不止一個(gè)A/D器件存在時(shí),等同于橋面太寬,這時(shí)候分割的意義不大,但是還是需要數(shù)模部分電路嚴(yán)格分區(qū)。這種做法也適用于無A/D器件的其他數(shù)模混合設(shè)計(jì)情況,如果大量的信號(hào)需要穿過數(shù)模區(qū)域,那么也是在布局的時(shí)候,嚴(yán)格區(qū)分?jǐn)?shù)字模擬區(qū)域,但是在設(shè)計(jì)中,不對數(shù)模的電源地進(jìn)行分割,這也就是上面所介紹的混合接地的設(shè)計(jì)方式。

(a)分割但是不分區(qū)(b)分割同時(shí)搭橋

(c)分割且分區(qū) (d)分區(qū)但是不分割

圖10-25 數(shù)模電源、地設(shè)計(jì)方法

單點(diǎn)接地常見使用A/D器件或者磁珠(電阻),如圖10-26所示就是一個(gè)使用磁珠進(jìn)行單點(diǎn)搭接的實(shí)際PCB設(shè)計(jì)案例。

圖10-26 使用磁珠進(jìn)行單點(diǎn)接地

業(yè)界曾經(jīng)流行在出光繪階段把分割線打開一部分,通過光繪設(shè)置把數(shù)模地連通,來實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地,這種做法的效果還不錯(cuò),但是對后處理的檢查具有一定風(fēng)險(xiǎn)性,也不是標(biāo)準(zhǔn)的做法,這里就不做詳細(xì)討論。

提示

看看數(shù)?；旌显O(shè)計(jì)時(shí),數(shù)字地與模擬地的處理方式,和開始的那個(gè)故事是不是很像呢?

小島和大陸完全隔絕的時(shí)候,大陸對小島的影響最小,就像數(shù)字和模擬完全分區(qū)并且分割,中間沒有任何信號(hào)互相穿過。

實(shí)際設(shè)計(jì)中,數(shù)字和模擬之間總是有信號(hào)通過的,就像小島最終要和大陸交易,這時(shí)候數(shù)字和模擬要嚴(yán)格分區(qū),同時(shí)進(jìn)行分割,然后搭一座橋單點(diǎn)連接,所有信號(hào)必須從橋上走。

如果數(shù)模之間有很多信號(hào)從不同的方向都要互相穿過,一座橋滿足不了需求,這時(shí)候數(shù)字和模擬還是建議嚴(yán)格分區(qū),但是不做分割。

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