什么是数字地和模拟地,处理原则又是什么
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几幅草图教你区分数字地、模拟地、电源地,单点接地广告我们在进行pcb布线时总会面临一块板上有两种、三种地的情况,傻瓜式的做法当然是不管三七二十一,只要是地,就整块敷铜了。
这种对于低速板或者对干扰不敏感的板子来讲还是没问题的,否则可能导致板子就没法正常工作了。
当然若碰到一块板子上有多种地时,即使板子没什么要求,但从做事严谨认真的角度来讲,咱们也还是有必要采用本文即将讲到的方法去布线,以将整个系统最优化,使其性能发挥到极致!当然关于这些地的一些基础概念、为什么要将它们分开,本文就不讲了,不懂的同学自己查哈!一、对于板子上有数字地、模拟地、电源地这种情况:从这个图可以看出:模拟地和数字地是完全分开的,最后都单点接到了电源地,这样可以防止地信号的相互串扰而影响某些敏感元件,众所周知数字元件对干扰的容忍度要强于模拟元件,而数字地上的噪声一般比较大所以将它们的地分开就可以降低这种影响了。
还有单点接地的位置应该尽量靠近板子电源地的入口(起始位置),这样利用电流总是按最短路径流回的原理可将干扰降到最小。
二、对于板子上只有数字地、电源地这种情况:从此图可以看出:只在电源地和数字地之间用一个0欧电阻或磁珠之类的单点接地就行了,同样单点接地的位置应该尽量靠近板子电源地的入口(起始位置)。
三、展示一些第二种情况的pcb系统1、地线分区2、0欧电阻单点接地3、板子正面图总结:本文图解非常适合于单片机控制系统的pcb地线布局,其它系统也可参考!第二届立创商城电子制作节第二届立创商城电子制作节开始报名啦!超低门槛、自由发挥、轻松入围,更有第三方专家评委点评打分、荣誉证书和定制奖杯!一等奖1名,奖励税后10000元;二等奖2名,各奖税后6000元;三等奖3名,各奖税后3000元;入围奖若干名,入围即获500元奖励。
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为什么数字地和模拟地要分开在做简单电路时,是可以不用分开的。
但为什么大家都说要把他们分开接呢?其实本质是对的,就是数字地,模拟地都是地,并不是他们俩头上长角,十分的怪异,要明白为什么要分开,先听我说一个故事我们公司所在的商务楼共有3楼,2楼是搞模拟的,3楼是做数字的,整幢楼只有一部电梯,平时人少的时候还好办,上2楼,上3楼互不影像,但每天早上上下班的时候就不得了了,人多得很,搞数字的要上3楼,总是被2楼的模拟影响,2楼模拟的人要下楼,总是要等电梯上了3楼,再下来,互相影响很是麻烦,商务楼的物业为解决这个问题,提出了2个方案,第1个(笑死人了)电梯扩大,可以装更多的人,电梯大了是好,但公司会招人,人又多了,再换电梯,再招人...永远死循环,有一个办法到挺好,大家索性不要电梯,直接往下跳,不管2楼的,3楼的,肯定解决问题,但肯定会出问题(第1个被枪毙掉了)第2个装2部电梯,一部专门上2楼,另一部专门上3楼WondeRFul!太机智了,这样2层楼面的工作人员就互不影响了。
End明白了否?数字地,模拟地互相会影响不是因为一个叫数字,一个叫模拟,而是他们用了同一部电梯--地,而这部电梯所用的井道就是我们在PCB上布得地线。
模拟回路的电流走这条线,数字回路的电流也走这条线,本来无可厚非,线布着就是用来导通电流的,可问题处在这根线上有电阻!而且最根本的问题是走这条线的电流要去2个不同的回路。
假设一下,有2股电流,数流,模流同时从地出发。
有2个器件,数件,模件。
若2个回路不分开,数流,模流回走到数件的接地端前的时候,损耗的电压为vv=(数流+模流)x走线电阻相当于数字器件的接地端相对于地端升高了v数字器件不满意了,我承认会升高少许电压,数流的那部分我认了,但模流的为什么要加在我头上?同理模拟器件也会同样抱怨2个解决方案第1个:你布的PCB线没有阻抗,自然不会引起干扰,就像2、3楼直接往下跳,那是井道最宽的时候,也就是可以装一个无限大的电梯,自然谁都不影响谁,但谁都知道,this ismission impossible第2个:2条回路分开走,数流,模流分开,既数地、模地分开。
PCB板级数字地和模拟地的处理1. 模拟地和数字地直接共有会产生干扰的原理理想的情况下(地线没有电阻),模拟地和数字地共用是没有问题的。
但是,实际上,导线都是有电阻的,问题就出在这里。
现在假设一下,有2股电流,数流,模流同时从地出发。
有2个器件,数件,模件。
若2个回路不分开,模拟回路的电流走这条线,数字回路的电流也走这条线。
数流,模流回走到数件的接地端前的时候,损耗的电压为vv=(数流+模流)x走线电阻。
相当于数字器件和模拟器件的接地端相对于地端都升高了v。
这时模拟部分和数字部分就会相互串扰,这些串扰噪声就会影响模拟电路,使得模拟电路的小信号指标变差。
2. 几种解决方案数字地和模拟地处理的基本原则如下:1)、若为低频模拟电路,加粗和缩短地线;单点接地,可有效防止由于地线公共阻抗而导致的部件之间的互相干扰。
而高频电路和数字电路,地线的电感效应较严重,单点接地会导致实际地线加长,故应多点接地和单点接地相结合。
2)、高频电路还应考虑如何抑制高频辐射噪声。
方法如下:应尽量加粗地线,以降低噪声对地阻抗;大面积(满)接地,即除传输信号及电源的印制线以外,其余部分全覆铜作为地线,但不要留有死的无用大面积铜箔。
3)、地线应构成环路,以防止产生高频辐射噪声,但环路面积不可过大,以免产生较大的感应电流。
注意若为低频电路,则应避免地线环路。
4)、数字电源和模拟电源最好隔离,地线分开布置,如果有A/D转换电路,则只在尽量靠近该器件处单点接地。
3. 模拟地和数字地之间连接在模拟地和数字地大面积直接相连,会导致相互串扰。
为了在模拟地和数字地之间能隔交通直,一般地,有以下四种连接方法。
(1)用串接磁珠相连,磁珠相当于带阻陷波器,只对某个频点的噪声有抑制作用,如果不能预知噪点,如何选择型号,况且,噪点频率也不一定固定,故磁珠不是一个好的选择。
(2)用电容相连。
(3)用串接电感相连,一般几uH到数十uH。
电感特性不稳定,离散分布参数不好控制,体积大。
模拟地与数字地的区别是什么?在实际应用中分别接什么电
源?
电路系统一般分为数字电路和模拟电路,相应的数字电路中的地就叫做数字地;模拟电路中的地就叫做模拟地。
什么是数字地
数字地,也可以称之为逻辑地,为数字量、开关量提供零参考电位;
什么是模拟地
模拟地,主要为各种模拟信号提供零参考电位;
对于低速电路板或者对干扰不敏感的电路,数字地和模拟地即使不区分,也不会对电路性能造成较大影响。
但是对于高速板、射频板或者弱信号板而言,一定要区分数字地和模拟地否则受干扰较大。
数字地和模拟地如何处理
单点接地
对于低频电路而言,线间电感相对弱一些,反而地环路造成的影响相对较大,为了避免这种情况可以考虑单点接地。
单点接地就是将所有数字地接在一点或者模拟地接在一点,然后再将该点接到电源地。
单点接地可以分为单点串联接地和单点并联接地。
多点接地
对于高频电路而言,线间电感相对严重,所以增加了地线阻抗。
适合多点接地。
所谓多点接地,就是各接地点按照就近原则,接入电源地。
采用何种方式接地
一般将接地点和电源地连接的时候,会通过如下器件实现:0欧姆电阻,电感、磁珠等。
他们各有优缺点。
我比较推荐0欧姆电阻接地。
因为0欧姆电阻和保证两端的地等电位,而且对全频段的噪声都有抑制作用。
★数字地和模拟地处理的基本原则如下:1模拟地和数字地之间链接(1)模拟地和数字地间串接电感一般取值多大?一般用几uH到数十uH。
(2)用0欧电阻是最佳选择(1)可保证直流电位相等、(2)单点接地(限制噪声)、(3)对所有频率的噪声都有衰减作用(0欧也有阻抗,而且电流路径狭窄,可以限制噪声电流通过)。
磁珠相当于带阻陷波器,只对某个频点的噪声有抑制作用,如果不能预知噪点,如何选择型号,况且,噪点频率也不一定固定,故磁珠不是一个好的选择。
电容不通直流,会导致压差和静电积累,摸机壳会麻手。
如果把电容和磁珠并联,就是画蛇添足,因为磁珠通直,电容将失效。
串联的话就显得不伦不类。
电感特性不稳定,离散分布参数不好控制,体积大。
电感也是陷波,LC谐振(分布电容),对噪点有特效。
总之,关键是模拟地和数字地要一点接地。
建议,不同种类地之间用0欧电阻相连;电源引入高频器件时用磁珠;高频信号线耦合用小电容;电感用在大功率低频上。
2 磁珠采用在高频段具有良好阻抗特性的铁氧体材料烧结面成,专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力。
主要参数:标称值:因为磁珠的单位是按照它在某一频率产生的阻抗来标称的,阻抗的单位也是欧姆 .一般以100MHz 为标准,比如2012B601,就是指在100MHz的时候磁珠的阻抗为600欧姆。
额定电流:额定电流是指能保证电路正常工作允许通过电流.3 电感与磁珠的区别:有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈,少于一匝(导线直通磁环)的线圈习惯称之为磁珠;电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件;电感多用于电源滤波回路,磁珠多用于信号回路,用于EMC对策;磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰.两者都可用于处理EMC、EMI问题;电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上.在模拟地和数字地结合的地方用磁珠.磁珠有很高的电阻率和磁导率,他等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。
只要是地,最终都要接到一起,然后入大地。
如果不接在一起就是"浮地",存在压差,容易积累电荷,造成静电。
地是参考0电位,所有电压都是参考地得出的,地的标准要一致,故各种地应短接在一起。
人们认为大地能够吸收所有电荷,始终维持稳定,是最终的地参考点。
虽然有些板子没有接大地,但发电厂是接大地的,板子上的电源最终还是会返回发电厂入地。
模拟电路涉及弱小信号,但是数字电路门限电平较高,对电源的要求就比模拟电路低些。
既有数字电路又有模拟电路的系统中,数字电路产生的噪声会影响模拟电路,使模拟电路的小信号指标变差,克服的办法是分开模拟地和数字地。
对于低频模拟电路,除了加粗和缩短地线之外,电路各部分采用一点接地是抑制地线干扰的最佳选择,主要可以防止由于地线公共阻抗而导致的部件之间的互相干扰。
而对于高频电路和数字电路,由于这时地线的电感效应影响会更大,一点接地会导致实际地线加长而带来不利影响,这时应采取分开接地和一点接地相结合的方式。
另外对于高频电路还要考虑如何抑制高频辐射噪声,方法是:尽量加粗地线,以降低噪声对地阻抗;满接地,即除传输信号的印制线以外,其他部分全作为地线。
不要有无用的大面积铜箔。
地线应构成环路,以防止产生高频辐射噪声,但环路所包围面积不可过大,以免仪器处于强磁场中时,产生感应电流。
但如果只是低频电路,则应避免地线环路。
数字电源和模拟电源最好隔离,地线分开布置,如果有A/D,则只在此处单点共地。
低频中没有多大影响,但建议模拟和数字一点接地。
高频时,可通过磁珠把模拟和数字地一点共地。
如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。
不短接又不妥,理由如上有四种方法解决此问题∶1、用磁珠连接;2、用电容连接;3、用电感连接;4、用0欧姆电阻连接。
磁珠的等效电路相当于带阻滤波器,只对某个频点的噪声有显着抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。
对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合。
数字地和模拟地处理的基本原则作者:未知时间:2010-3-17 19:48:03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 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)。
电压是处处相同的,但实际上不是,所以地上有电流在流动,但这个电流从数字部分流到模拟部分时就会有干扰,而且数字信号带有各种频率的分量,干扰会很严重。
所以数字地和模拟地应该除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。
控制系统中,大致有以下几种地线:(1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。
(2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。
(3)信号地:通常为传感器的地。
(4)交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪声的地。
(5)直流地:直流供电电源的地。
(6)屏蔽地:也叫机壳地,为防止静电感应和磁场感应而设。
以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。
下面就接地问题提出一些看法:(1)控制系统宜采用一点接地。
一般情况下,高频电路应就近多电感并不是什么大问题,然而接地形成的环路的干扰影响很大,因此,常以一点作为接地点;但一点接地不适用于高频,因为高频时,地线上具有电感因而增加了地线阻抗,同时各地线之间又产生电感耦合。
一般来说,频率在1MHz以下,可用一点接地;高于10MHz时,采用多点接地;在1~10MHz之间可用一点接地,也可用多点接地。
(2)交流地与信号地不能共用。
由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压,对低电平信号电路来说,这是一个非常重要的干扰,因此必须加以隔离和防止。
(3)浮地与接地的比较。
全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来,这种方法简单,但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。
这种方法具有一定的抗干扰能力,但一旦绝缘下降就会带来干扰。
还有一种方法,就是将机壳接地,其余部分浮空。
这种方法抗干扰能力强,安全可靠,但实现起来比较复杂。
(4)模拟地。
模拟地的接法十分重要。
为了提高抗共模干扰能力,对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。
对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。
(5)屏蔽地。
在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制,对信号采用屏蔽措施是十分必要的。
接地数字地模拟地信号地区别与接法文档编制序号:[KKIDT-LLE0828-LLETD298-POI08]接地:数字地,模拟地,信号地区别与接法除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。
控制系统中,大致有以下几种地线:(1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。
(2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。
(3)信号地:通常为传感器的地。
(4)交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪声的地。
(5)直流地:直流供电电源的地。
(6)屏蔽地:也叫机壳地,为防止静电感应和磁场感应而设。
以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。
下面就接地问题提出一些看法:(1)控制系统宜采用一点接地。
一般情况下,高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地。
在低频电路中,布线和元件间的电感并不是什么大问题,然而接地形成的环路的干扰影响很大,因此,常以一点作为接地点;但一点接地不适用于高频,因为高频时,地线上具有电感因而增加了地线阻抗,同时各地线之间又产生电感耦合。
一般来说,频率在1MHz以下,可用一点接地;高于10MHz时,采用多点接地;在1~10MHz之间可用一点接地,也可用多点接地。
(2)交流地与信号地不能共用。
由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V 电压,对低电平信号电路来说,这是一个非常重要的干扰,因此必须加以隔离和防止。
(3)浮地与接地的比较。
全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来,这种方法简单,但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。
这种方法具有一定的抗干扰能力,但一旦绝缘下降就会带来干扰。
还有一种方法,就是将机壳接地,其余部分浮空。
这种方法抗干扰能力强,安全可靠,但实现起来比较复杂。
(4)模拟地。
模拟地的接法十分重要。
为了提高抗共模干扰能力,对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。
对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。
(5)屏蔽地。
在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制,对信号采用屏蔽措施是十分必要的。
这是几个不同的问题:模拟地和数字地,顾名思意也就是模拟电路和数字电路接地。
1. 数字地和模拟地应分开;在高要求电路中,数字地与模拟地必需分开。
即使是对于A/D、D/A转换器同一芯片上两种“地”最好也要分开,仅在系统一点上把两种“地”连接起来。
2.浮地与接地;系统浮地,是将系统电路的各部分的地线浮置起来,不与大地相连。
这种接法,有一定抗干扰能力。
但系统与地的绝缘电阻不能小于50MΩ,一旦绝缘性能下降,就会带来干扰。
通常采用系统浮地,机壳接地,可使抗干扰能力增强,安全可靠。
3.一点接地;在低频电路中,布线和元件之间不会产生太大影响。
通常频率小于1MHz的电路,采用一点接地。
4.多点接地。
在高频电路中,寄生电容和电感的影响较大。
通常频率大于10MHz的电路,采用多点接地.如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。
不短接又不妥,理由如上有四种方法解决此问题∶1、用磁珠连接;2、用电容连接;3、用电感连接;4、用0欧姆电阻连接。
磁珠的等效电路相当于带阻限波器,只对某个频点的噪声有显着抑制作用,使用时需要预先估计噪点频率,以便选用适当型号。
对于频率不确定或无法预知的情况,磁珠不合。
电容隔直通交,造成浮地。
电感体积大,杂散参数多,不稳定。
0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。
电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。
下面再说说机壳地与数字地,模拟地的关系:一般机壳地接交流供电电源的地线(不是零线),目的是为了防止操作人员触电(机壳与大地、人体等电位)。
机壳地一般可和设备的电源地连接在一起,但是:数字电路、模拟电路的工作地原则上严禁与设备的电源地直接连接!原因为设备本身发生漏电或遭遇强电磁场干扰时,数字电路、模拟电路会受此噪声干扰导致错误动作,严重的会导致机器毁损!!!主要因为数字电路、模拟电路的工作电平一般为3.3-15.5V(15.5V一般用于232接口通讯的最高电平);而通常电源回路的电平一般在市电范围(AC220V±10%),远远大于数字电路、模拟电路的工作电平。
除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。
控制系统中,大致有以下几种地线:(1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。
(2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。
(3)信号地:通常为传感器的地。
(4)交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪声的地。
(5)直流地:直流供电电源的地。
(6)屏蔽地:也叫机壳地,为防止静电感应和磁场感应而设。
以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。
下面就接地问题提出一些看法:(1)控制系统宜采用一点接地。
一般情况下,高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地。
在低频电路中,布线和元件间的电感并不是什么大问题,然而接地形成的环路的干扰影响很大,因此,常以一点作为接地点;但一点接地不适用于高频,因为高频时,地线上具有电感因而增加了地线阻抗,同时各地线之间又产生电感耦合。
一般来说,频率在1MHz以下,可用一点接地;高于10MHz时,采用多点接地;在1~10MHz之间可用一点接地,也可用多点接地。
(2)交流地与信号地不能共用。
由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压,对低电平信号电路来说,这是一个非常重要的干扰,因此必须加以隔离和防止。
(3)浮地与接地的比较。
全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来,这种方法简单,但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。
这种方法具有一定的抗干扰能力,但一旦绝缘下降就会带来干扰。
还有一种方法,就是将机壳接地,其余部分浮空。
这种方法抗干扰能力强,安全可靠,但实现起来比较复杂。
(4)模拟地。
模拟地的接法十分重要。
为了提高抗共模干扰能力,对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。
对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。
(5)屏蔽地。
在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制,对信号采用屏蔽措施是十分必要的。
根据屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一样。
电场屏蔽解决分布电容问题,一般接大地;电磁场屏蔽主要避免雷达、电台等高频电磁场辐射干扰。
接地:数字地,模拟地,信号地区别与接法除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。
控制系统中,大致有以下几种地线:(1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。
(2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。
(3)信号地:通常为传感器的地。
(4)交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪声的地。
(5)直流地:直流供电电源的地。
(6)屏蔽地:也叫机壳地,为防止静电感应和磁场感应而设。
以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。
下面就接地问题提出一些看法:(1)控制系统宜采用一点接地。
一般情况下,高频电路应就近多点接地,低频电路应一点接地。
在低频电路中,布线和元件间的电感并不是什么大问题,然而接地形成的环路的干扰影响很大,因此,常以一点作为接地点;但一点接地不适用于高频,因为高频时,地线上具有电感因而增加了地线阻抗,同时各地线之间又产生电感耦合。
一般来说,频率在1MHz以下,可用一点接地;高于10MHz 时,采用多点接地;在1~10MHz之间可用一点接地,也可用多点接地。
(2)交流地与信号地不能共用。
由于在一段电源地线的两点间会有数mV甚至几V电压,对低电平信号电路来说,这是一个非常重要的干扰,因此必须加以隔离和防止。
(3)浮地与接地的比较。
全机浮空即系统各个部分与大地浮置起来,这种方法简单,但整个系统与大地绝缘电阻不能小于50MΩ。
这种方法具有一定的抗干扰能力,但一旦绝缘下降就会带来干扰。
还有一种方法,就是将机壳接地,其余部分浮空。
这种方法抗干扰能力强,安全可靠,但实现起来比较复杂。
(4)模拟地。
模拟地的接法十分重要。
为了提高抗共模干扰能力,对于模拟信号可采用屏蔽浮技术。
对于具体模拟量信号的接地处理要严格按照操作手册上的要求设计。
(5)屏蔽地。
在控制系统中为了减少信号中电容耦合噪声、准确检测和控制,对信号采用屏蔽措施是十分必要的。
根据屏蔽目的不同,屏蔽地的接法也不一样。
快速认识模拟地和数字地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。
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。
(IC,即集成电路是采用半导体制作工艺,在一块较小的单晶硅片上制作上许多晶体管及电阻器、电容器等元器件,并按照多层布线或遂道布线的方法将元器件组合成完整的电子电路。
)(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)。
一般在我们的AD系统里面,都有非常明确的模拟电源/模拟地;数字电源数字地,这些的处理相对比较重要.通常的系统中==1,我们常用10~20欧姆电阻来做个模拟电源和数字电源的隔离,可以从下图中看出,当然,使用分组的隔离电源是最好的选择,但是成本相对较高2,处理模拟地数字地时,最终使用1点接连的办法,这个连接点要选在PCB上的电荷平衡点,以防止出现电压差,这个需要PCB和模拟设计良好的基础及经验3,使用PSRR高的LDO,尽量避免使用DCDC和纹波超过300UV的电源温压器件,当然,我们可以通过差分输入来减少来自电源的干扰4,良好的屏蔽罩同样可以减少外部空间电磁辐射对AD系统的影响,诸如雷达,手机辐射,紫外线等电源地主要是针对电源回路电流所走的路径而言的,一般来说电源地流过的电流较大,而信号地主要是针对两块芯片或者模块之间的通信信号的回流所流过的路径,一般来说信号地流过的电流很小,其实两者都是GND,之所以分开来说,是想让大家明白在布PCB板时要清楚地了解电源及信号回流各自所流过的路径,然后在布板时考虑如何避免电源及信号共用回流路径,如果共用的话,有可能会导致电源地上大的电流会在信号地上产生一个电压差(可以解释为:导线是有阻抗的,只是很小的阻值,但如果所流过的电流较大时,也会在此导线上产生电位差,这也叫共阻抗干扰),使信号地的真实电位高于0V,如果信号地的电位较大时,有可能会使信号本来是高电平的,但却误判为低电平。
当然电源地本来就很不干净,这样做也避免由于干扰使信号误判。
所以将两者地在布线时稍微注意一下,就可以。
一般来说即使在一起也不会产生大的问题,因为数字电路的门限较高。
除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。
控制系统中,大致有以下几种地线:(1)数字地:也叫逻辑地,是各种开关量(数字量)信号的零电位。
(2)模拟地:是各种模拟量信号的零电位。
(3)信号地:通常为传感器的地。
(4)交流地:交流供电电源的地线,这种地通常是产生噪声的地。
么是数字地和模拟地,处理原则又是什么
什么是数字地和模拟地,处理原则又是什么,其实他们二者本质是一养的,就是数字地和模拟地都是地。
但是又有些不同,那我们又该如何区分他们,他们相互之间是否又有什么影响。
数字地、模拟地互相会影响不是因为一个叫数字,一个叫模拟,而是他们用了同一部电梯:地,而这部电梯所用的井道就是我们在PCB上布得地线。
模拟回路的电流走这条线,数字回路的电流也走这条线,本来无可厚非,线布着就是用来导通电流的,可问题出在这根线上有电阻!而且最根本的问题是走这条线的电流要去2 个不同的回路。
假设一下:有2股电流,数流,模流同时从地出发。
有2个器件:数字件和模拟件。
若2个回路不分开,数流模流走到数字件的接地端前的时候,损耗的电压为V=(数流+模流)X走线电阻,相当于数字器件的接地端相对于地端升高了V,数字器件不满意了,我承认会升高少许电压,数流的那部分我认了,但模流的为什么要加在我头上?同理模拟器件也会同样抱怨!
什么是数字地和模拟地,处理原则又是什么
两个解决方案:
第1个:你布的PCB线没有阻抗,自然不会引起干扰,就像2、3楼直接往下跳,那是井道最宽的时候,也就是可以装一个无限大的电梯,自然谁都不影响谁,但谁都知道,This is mission impossible!
第2个:2条回路分开走,数流,模流分开,既数地、模地分开。
同理,有时虽在模拟回路中,但也要分大、小电流回路,就是避免相互干扰。
所谓的干扰就是:2个不同回路中的电流在PCB走线上引起的电压,这2部分电压互相叠加而产生的。
下面再具体介绍,简单来说,数字地是数字电路部分的公共基准端,即数字电压信号的基准端;模拟地是模拟电路部分的公共基准端,模拟信号的电压基准端(零电位点)。
一、分为数字地和模拟地的原因
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。
模拟电路涉及弱小信号,但是数字电路门限电平较高,对电源的要求就比模拟电路低些。
既有数字电路又有模拟电路的系统中,数字电路产生的噪声会影响模拟电路,使模拟电路的小信号指标变差,克服的办法是分开模拟地和数字地。
存在问题的根本原因是,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。
二、数字地和模拟地处理的基本原则如下
如果把模拟地和数字地大面积直接相连,会导致互相干扰。
不短接又不妥。
对于低频模拟电路,除了加粗和缩短地线之外,电路各部分采用一点接地是抑制地线干扰的最佳选择,主要可以防止由于地线公共阻抗而导致的部件之间的互相干扰。
而对于高频电路和数字电路,由于这时地线的电感效应影响会更大,一点接地会导致实际地线加长而带来不利影响,这时应采取分开接地和一点接地相结合的方式。
另外对于高频电路还要考虑如何抑制高频辐射噪声,方法是:尽量加粗地线,以降低噪声对地阻抗;满接地,即除传输信号的印制线以外,其他部分全作为地线。
不要有无用的大面积铜箔。
地线应构成环路,以防止产生高频辐射噪声,但环路所包围面积不可过大,以免仪器处于强磁场中时,产生感应电流。
但如果只是低频电路,则应避免地线环路。
数字电源和模拟电源最好隔离,地线分开布置,如果有A/D,则只在此处单点共地。
低频中没有多大影响,但建议模拟和数字一点接地。
高频时,可通过磁珠把模拟和数字地一点共地。
三、四种解决方法
模拟地和数字地间的串接可以采用四种方式:1、用磁珠连接;2、用电容连接(利用电容隔直通交的原理);3、用电感连接(一般用几uH到数十uH);4、用0欧姆电阻连接。
下面重点介绍一下磁珠和0欧姆电阻:
一般情况下,用0欧电阻是最佳选择,1、可保证直流电位相等;2、单点接地,限制噪声;3、对所有频率的噪声都有衰减作用(0欧也有阻抗,而且电流路径狭窄,可以限制噪声电流通过);4、电容(利用电容隔直通交的原理)。
磁珠采用在高频段具有良好阻抗特性的铁氧体材料烧结面成,专用于抑制信号线、电源线上的高频噪声和尖峰干扰,还具有吸收静电脉冲的能力。
磁珠有很高的电阻率和磁导率,等效于电阻和电感串联,但电阻值和电感值都随频率变化。
它比普通的电感有更好的高频滤波特性,在高频时呈现阻性,所以能在相当宽的频率范围内保持较高的阻抗,从而提高调频滤波效果。
磁珠对高频信号才有较大阻碍作用,一般规格有100欧/100mMHZ,它在低频时电阻比电感小得多。
铁氧体磁珠(Ferrite Bead)是目前应用发展很快的一种抗干扰组件,廉价、易用,滤除高频噪声效果显着。
铁氧体磁珠不仅可用于电源电路中滤除高频噪声(可用于直流和交流输出),还可广泛应用于其它电路,其体积可以做得很小。
特别是在数字电路中,由于脉冲信号含有频率很高的高次谐波,也是电路高频辐射的主要根源,所以可在这种场合发挥磁珠的作用。
在电路中只要导线穿过它即可。
当导线中电流穿过时,铁氧体对低频电流几乎没有什么阻抗,而对较高频率的电流会产生较大衰减作用。
四、电感与磁珠的区别
有一匝以上的线圈习惯称为电感线圈,少于一匝(导线直通磁环)的线圈习惯称之为磁珠。
电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件,电感多用于电源滤波回路,磁珠多用于信号回路,用于EMC对策;磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。
两者都可用于处理EMC、EMI 问题;电感一般用于电路的匹配和信号质量的控制上,在模拟地和数字地结合的地方用磁珠。
作为电源滤波,可以使用电感。
磁珠的电路符号就是电感但是型号上可以看出使用的是磁珠在电路功能上,磁珠和电感是原理相同的,只是频率特性不同罢了;磁珠由氧磁体组成,电感由磁心和线圈组成,磁珠把交流信号转化为热能,电感把交流存储起来,缓慢的释放出去。
电感是储能元件,而磁珠是能量转换(消耗)器件;电感多用于电源滤波回路,磁珠多用于信号回路,用于EMC对策;磁珠主要用于抑制电磁辐射干扰,而电感用于这方面则侧重于抑制传导性干扰。
两者都可用于处理EMC、EMI问题。
磁珠是用来吸收超高频信号,象一些RF电路,PLL,振荡电路,含超高频存储器电路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在电源输入部分加磁珠,而电感是一种蓄能元件,用在LC振荡电路,中低频的滤波电路等,其应用频率范围很少超过50MHZ。
五、几种方法综述
电容隔直通交,造成浮地。
电容不通直流,会导致压差和静电积累,摸机壳会麻手。
如果把电容和磁珠并联,就是画蛇添足,因为磁珠通直,电容将失效。
串联的话就显得不伦不类。
电感体积大,杂散参数多,特性不稳定,离散分布参数不好控制,体积大。
电感也是陷波,LC谐振(分布电容),对噪点有特效。
磁珠的等效电路相当于带阻陷波器,只对某个频点的噪声有抑制作用,如果不能预知噪点,如何选择型号,况且,噪点频率也不一定固定,故磁珠不是一个好的选择。
0欧电阻相当于很窄的电流通路,能够有效地限制环路电流,使噪声得到抑制。
电阻在所有频带上都有衰减作用(0欧电阻也有阻抗),这点比磁珠强。
总之,关键是模拟地和数字地要一点接地。
建议,不同种类地之间用0欧电阻相连;电源引入高频器件时用磁珠;高频信号线耦合用小电容;电感用在大功率低频上。