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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
模拟地和数字地间串接
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。
1.
电感
一般用几
uH
到数十
uH
。
2.
用
0
欧电阻是最佳选择
a.
可保证直流电位相等
b.
单点接地
(
限制噪声
)
c.
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
)
。
3.
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
.
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。他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。
有的磁珠上有多个孔洞,用导线穿过可增加组件阻抗(穿过磁珠
次数的平方)
,不过在高频时所增加的抑制噪声能力不可能如预期的
多,而用多串联几个磁珠的办**好些。铁氧体是磁性材料,会因通
过电流过大而产生磁饱和,
导磁率急剧下降。
大电流滤波应采用结构
上专门设计的磁珠,还要注意其散热措施。
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。
高频电流在其中以热量形式散发,
其等效电路为一个电感和一个
电阻串联,两个组件的值都与磁珠的长度成比例。磁珠种类很多,制
造商应提供技术指标说明,特别是磁珠的阻抗与频率关系的曲线。
4.
电容
利用电容隔直通交的原理。
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错
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。