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如何降低数模设计过程中的数模干扰?

导读: 数模设计过程中要避免照搬经验和规则,但要彻底讲清这个问题,首先要明白数模干扰的机理,数字对模拟的影响可以分为以下两种情况:串扰和共阻抗耦合。

  数模设计过程中要避免照搬经验和规则,但要彻底讲清这个问题,首先要明白数模干扰的机理,数字对模拟的影响可以分为以下两种情况:

  1、串扰

  串扰一般是通过数字与模拟信号线间的分布参数相互影响,不过这个问题至少目前已经不是很突出了。因为数字信号要布置在数字区域,模拟信号要布置在模拟区域,空间上都已经做了隔离,因此风险也减少了。

  2、共阻抗耦合

  公共阻抗耦合是指由于骚扰源与敏感部位共用一个线路阻抗而产生的。当数字信号与模拟信号共地时,由于地线在高频时存在一定的阻抗,因此数字信号回流流过时将产生一个压降,这就是共模电压源。

  此时,如果共模电流流经模拟区域,在模拟区域地上产生压降,这个电压如果叠加在模拟信号上,便会影响模拟信号,这就是数模共阻抗干扰的机理。

  根据对共阻抗耦合的原因分析,解决办法如下:

  A、降低GND阻抗,降低共模电压源;

  B、避免数字GND产生的共模电流流经模拟区域。

  对于降低GND阻抗,极端点的阻抗为零,此时即使数字信号回流流过,也不会产生共模电压源,因此,也不会影响模拟信号。

  但是,实际情况是做不到GND零阻抗的,唯一的手段就是使其无限制的降低,如使用GND平面、GND平面减少分割、GND平面长宽比小于3等等。

  对于使数字地产生的共模电流不流经模拟区域,数模分割启示就是这个初衷。但实际情况是,有很多的案例都对数字与模拟进行了分割,但仍然不能解决数字对模拟的干扰。

  在此,需要郑重强调一点,如果只想通过数模分割就解决数字对模拟的影响,是不见树木不见森林的错误做法。数模分割需要从系统架构上做深度分析,比如塑料或金属机箱、系统接地点、模拟区域有无I/O线缆等等。

  例如:

  对于塑料机箱,如果模拟区域有I/O电缆,此时数字模拟分割不一定能解决问题。因为数字信号在GND上产生的共模噪声会因为I/O电缆与参考接地平板的分布参数形成环路,此时共模电流也将流经模拟区域,所以这种分割存在很大的风险。

  对于金属外壳的产品,因为单板需要接地,因此重点需要关注接地点,即接地点的设置要避免数字区域共模电流流经模拟区域。

  对于模拟区域无I/O的线缆的情况,在进行数字与模拟分割后,可以在A/D芯片数字与模拟GND上设置接地点,避免数字区域的共模电流流经模拟区域。

  但对于模拟区域有I/O线缆的情况,因为线缆对地的分布参数,因此,存在共模电流流经模拟区域的风险,此时还需要充分考虑I/O线缆的长度,如音频耳机线因为比较短,可能分割后风险不大,但是,如果线缆很长的情况下,即使风格也有很大的风险。

  任何事物没有绝对正确性,数模分割同样如此,如果涉及不好,会产生负面效果,比如跨分割布线等等。另外,高频时即使分割了,分割之间存在分布参数,因此,也不能形成完全意义上的分割。

  初学者或对EMC一知半解的工程师,如果对数模风格把握不准,建议尽量少分割或干脆不分割,以保证GND平面完整,降低GND平面阻抗,同样可以减小数字对模拟干扰的风险。

责任编辑:Alvin
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