STM32数字模拟地的处理

只看该作者 · 2015-12-29 17:39

实际的STM32开发项目中，如果用到AD转换，那么整个的设计项目中，模拟地和数字地应怎样处理比较好？

1万 · 2015-12-29 18:12

画图时模拟地线与数字地线用不同的网络，
最后在CPU肚皮下面或者附近周边与数字地连接。

只看该作者 · 2015-12-29 22:00

模拟地与数字地用磁珠连接

只看该作者 · 2015-12-29 22:21

模拟地和数字地之间链接
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)。

只看该作者 · 2015-12-30 21:17

lefeng 发表于 2015-12-29 22:21
模拟地和数字地之间链接
用0欧电阻是最佳选择
(1)可保证直流电位相等

那电源部分呢？也要分模拟和数字吗？

1万 · 2015-12-30 22:48

二者本质是一直的，就是数字地和模拟地都是地。要明白为什么要分开，先听一个故事；我们公司的商务楼，2楼是搞模拟的，3楼是搞数字的，整幢楼只有一部电梯，平时人少的时候还好办，上2楼上3楼互不影响，但每天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楼搞模拟的人影响，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个办法装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。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！
   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。

1万 · 2015-12-30 22:48

有时候一个电路中既有数字电路又有模拟电路，这个时候画 PCB 的时候要注意区分这两个地，必要的时候要分离开来画 PCB 地线，但最终需要用 0 欧姆电阻连接起来，主要原因是让电路避免不必要的信号干扰这是非常 important ！！！可以这么说电路中的一切干扰均由于地线干扰。听我一一道来： 1 ：理论上我们一般认为只要是个地线电位就是 0 了，这是理论 2 ：真实情况是什么样的呢：从电源地开始后面都是负载，可以说电源地才是真的地，我们经常将一处电路的地经过一个导线接到电源地上，但是不可否认中间是有一段铜线的，这段铜线我们一般认为电阻为 0 ，其实不然，理论是铜线越细越长电阻越大，所以到你电路上的真实地有可能都是 0.3V 了

1万 · 2015-12-30 22:49

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。利用低阻金属材料高导流而制成，可接大地。磁场屏蔽用以防磁铁、电机、变压器、线圈等磁感应，其屏蔽方法是用高导磁材料使磁路闭合，一般接大地为好。当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如果电缆的屏蔽层地点有一个以上时，将产生噪声电流，形成噪声干扰源。当一个电路有一个不接地的信号源与系统中接地的放大器相连时，输入端的屏蔽应接至放大器的公共端；相反，当接地的信号源与系统中不接地的放大器相连时，放大器的输入端也应接到信号源的公共端。
对于电气系统的接地，要按接地的要求和目的分类，不能将不同类接地简单地、任意地连接在一起，而是要分成若干独立的接地子系统，每个子系统都有其共同的接地点或接地干线，最后才连接在一起，实行总接地。
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Q1：为什么要接地?
Answer：接地技术的引入最初是为了防止电力或电子等设备遭雷击而采取的保护性措施，目的是把雷电产生的雷击电流通过避雷针引入到大地，从而起到保护
建筑物的作用。同时，接地也是保护人身安全的一种有效手段，当某种原因引起的相线（如电线绝缘不良，线路老化等）和设备外壳碰触时，设备的外壳就会有危险
电压产生，由此生成的故障电流就会流经PE线到大地，从而起到保护作用。随着电子通信和其它数字领域的发展，在接地系统中只考虑防雷和安全已远远不能满足
要求了。比如在通信系统中，大量设备之间信号的互连要求各设备都要有一个基准‘地’作为信号的参考地。而且随着电子设备的复杂化，信号频率越来越高，因
此，在接地设计中，信号之间的互扰等电磁兼容问题必须给予特别关注，否则，接地不当就会严重影响系统运行的可靠性和稳定性。最近，高速信号的信号回流技术
中也引入了“地”的概念。
Q2：接地的定义
Answer:
在现代接地概念中、对于线路工程师来说，该术语的含义通常是‘线路电压的参考点’；对于系统设计师来说，它常常是机柜或机架；对电气工程师来说，它是绿色
安全地线或接到大地的意思。一个比较通用的定义是“接地是电流返回其源的低阻抗通道”。注意要求是”低阻抗”和“通路”。
Q3：常见的接地符号
Answer:
PE,PGND,FG－保护地或机壳；BGND或DC-RETURN－直流－48V(+24V)电源（电池）回流；GND－工作地；DGND－数字地；
AGND－模拟地；LGND－防雷保护地
GND在电路里常被定为电压参考基点。
从电气意义上说，GND分为电源地和信号地。PG是 Power Ground（电源地）的缩写。另一个是 Signal Ground（信号地）。实际上它们可能是连在一起的（不一定是混在一起哦！）。两个名称，主要是便于对电路进行分析。
进一步说，还有因电路形式不同而必须区分的两种“地”：数字地，模拟地。
数字地和模拟地都有信号地、电源地两种情况。数字地和模拟地之间，某些电路可以直接连接，有些电路要用电抗器连接，有些电路不可连接。
Q4：合适的接地方式
Answer:
接地有多种方式，有单点接地，多点接地以及混合类型的接地。而单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地。一般来说，单点接地用于简单电路，不同功能模块
之间接地区分，以及低频（f<1MHz）电子线路。当设计高频（f>10MHz）电路时就要采用多点接地了或者多层板（完整的地平面层）。
Q5：信号回流和跨分割的介绍
Answer：对于一个电子信号来说，它需要寻找一条最低阻抗的电流回流到地的途径，所以如何处理这个信号回流就变得非常的关键。
第一，根据公式可以知道，辐射强度是和回路面积成正比的，就是说回流需要走的路径越长，形成的环越大，它对外辐射的干扰也越大，所以，PCB布板的时候要
尽可能减小电源回路和信号回路面积。
第二，对于一个高速信号来说，提供有好的信号回流可以保证它的信号质量，这是因为PCB上传输线的特性阻抗一般是以地层（或电源层）为参考来计算的，如果
高速线附近有连续的地平面，这样这条线的阻抗就能保持连续，如果有段线附近没有了地参考，这样阻抗就会发生变化，不连续的阻抗从而会影响到信号的完整性。
所以，布线的时候要把高速线分配到靠近地平面的层，或者高速线旁边并行走一两条地线，起到屏蔽和就近提供回流的功能。
第三，为什么说布线的时候尽量不要跨电源分割，这也是因为信号跨越了不同电源层后，它的回流途径就会很长了，容易受到干扰。当然，不是严格要求不能跨越电
源分割，对于低速的信号是可以的，因为产生的干扰相比信号可以不予关心。对于高速信号就要认真检查，尽量不要跨越，可以通过调整电源部分的走线。（这是针
对多层板多个电源供应情况说的）
Q6：为什么要将模拟地和数字地分开，如何分开?
Answer：模拟信号和数字信号都要回流到地，因为数字信号变化速度快，从而在数字地上引起的噪声就会很大，而模拟信号是需要一个干净的地参考工作的。
如果模拟地和数字地混在一起，噪声就会影响到模拟信号。
一般来说，模拟地和数字地要分开处理，然后通过细的走线连在一起，或者单点接在一起。总的思想是尽量阻隔数字地上的噪声窜到模拟地上。当然这也不是非常严
格的要求模拟地和数字地必须分开，如果模拟部分附近的数字地还是很干净的话可以合在一起。
Q7：单板上的信号如何接地?
Answer：对于一般器件来说，就近接地是最好的，采用了拥有完整地平面的多层板设计后，对于一般信号的接地就非常容易了，基本原则是保证走线的连续
性，减少过孔数量；靠近地平面或者电源平面，等等。
Q8：单板的接口器件如何接地?
Answer：有些单板会有对外的输入输出接口，比如串口连接器，网口RJ45连接器等等，如果对它们的接地设计得不好也会影响到正常工作，例如网口互连
有误码，丢包等，并且会成为对外的电磁干扰源，把板内的噪声向外发送。一般来说会单独分割出一块独立的接口地，与信号地的连接采用细的走线连接，可以串上
0欧姆或者小阻值的电阻。细的走线可以用来阻隔信号地上噪音过到接口地上来。同样的，对接口地和接口电源的滤波也要认真考虑。
Q9：带屏蔽层的电缆线的屏蔽层如何接地?
Answer：屏蔽电缆的屏蔽层都要接到单板的接口地上而不是信号地上，这是因为信号地上有各种的噪声，如果屏蔽层接到了信号地上，噪声电压会驱动共模电
流沿屏蔽层向外干扰，所以设计不好的电缆线一般都是电磁干扰的最大噪声输出源。当然前提是接口地也要非常的干净
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混合电路里面做标示用的,VCC表示模拟信号电源,GND表示模拟信号地,VDD表示数字信号电源,VSS表示数字电源地。
VCC主要表示Bipolar电路的电源，C表示Collector集电极,电源一般接在NPN的集电极（或PNP的发射极），集成电路刚出现时只有NPN管，后来才有集成进去的PNP管。VDD/VSS一般表示MOS电路的电源和“地”，D/S分别表示MOS管的Drain(漏)/Source(源)。
一、解释 VCC：C=circuit 表示电路的意思, 即接入电路的电压；
VDD：D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压；
VSS：S=series 表示公共连接的意思，通常指电路公共接地端电压。
二、说明
1、对于数字电路来说，VCC是电路的供电电压,VDD是芯片的工作电压（通常Vcc>Vdd），VSS是接地点。
2、有些IC既有VDD引脚又有VCC引脚，说明这种器件自身带有电压转换功能。
3、在场效应管（或COMS器件）中，VDD为漏极，VSS为源极，VDD和VSS指的是元件引脚，而不表示供电电压。
VDD:电源电压（单极器件）；电源电压（4000系列数字电路）；漏极电压（场效应管）
VCC：电源电压（双极器件）；电源电压（74系列数字电路）；声控载波（Voice Controlled Carrier)
VSS:地或电源负极
VEE：负电压供电；场效应管的源极（S）
VPP：编程/擦除电压。
详解：
在电子电路中，VCC是电路的供电电压, VDD是芯片的工作电压：
VCC：C=circuit 表示电路的意思, 即接入电路的电压， D=device 表示器件的意思, 即器件内部的工作电压，在普通的电子电路中，一般Vcc>Vdd !
VSS：S=series 表示公共连接的意思，也就是负极。
有些IC 同时有VCC和VDD，这种器件带有电压转换功能。
在“场效应”即COMS元件中，VDD乃CMOS的漏极引脚，VSS乃CMOS的源极引脚，这是元件引脚符号，它没有“VCC”的名称，你的问题包含3个符号，VCC / VDD /VSS，这显然是电路符号

只看该作者 · 2015-12-30 23:38

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）。

只看该作者 · 2015-12-31 12:19

稳稳の幸福发表于 2015-12-30 22:48
二者本质是一直的，就是数字地和模拟地都是地。要明白为什么要分开，先听一个故事；我们公司的商务楼，2楼 ...

发这么多粗来，你太牛了。。。

只看该作者 · 2015-12-31 16:35

一般都是用磁珠或0欧电阻连接

1万 · 2015-12-31 17:23

用电感元件好电容并联组合连接估计更好。

只看该作者 · 2016-1-10 21:58

那电源部分呢？也要分模拟和数字吗？

是的，电源除了退耦电容，AVCC和DVCC也是0欧电阻连接

1万 · 2016-1-11 22:48

零欧姆电阻又称为跨接电阻器，是一种特殊用途的电阻，0欧姆电阻的并非真正的阻值为零，欧姆电阻实际是电阻值很小的电阻。正因为有阻值，也就和常规贴片电阻一样有误差精度这个指标。。电路板设计中两点不能用印刷电路连接，常在正面用跨线连接，这在普通板中经常看到，为了让自动贴片机和自动插件机正常工作，用零电阻代替跨线。