PCB接地设计宝典：星型接地

关于接地的问题，说起来真的是满脸泪呀。数字和模拟设计工程师倾向于从不同角度考察混合信号器件，本文旨在说明适用于大多数混合信号器件的一般接地原则，而不必了解PCB线路板内部电路的具体细节。接地问题没有一本快速手册，我们并不能提供可以保证接地成功的技术列表。我们只能说忽视一些事情，可能会导致一些问题。在某一个频率范围内行之有效的方法，在另一个频率范围内可能行不通。另外还有一些相互冲突的要求。处理接地问题的关键在于理解电流的流动方式。下面介绍几种方式，供大家参考：

星型接地

“星型”接地的理论基础是电路中总有一个点是所有电压的参考点，称为“星型接地”点。我们可以通过一个形象的比喻更好地加以理解—多条导线从一个共同接地点呈辐射状扩展，类似一颗星。星型点并不一定在外表上类似一颗星—它可能是接地层上的一个点—但星型接地系统上的一个关键特性是：所有电压都是相对于接地网上的某个特定点测量的，而不是相对于一个不确定的“地”（无论我们在何处放置探头）。

虽然在理论上非常合理，但星型接地原理却很难在实际中实施。举例来说，如果系统采用星型接地设计，而且绘制的所有信号路径都能使信号间的干扰最小并可尽量避免高阻抗信号或接地路径的影响，实施问题便随之而来。在电路图中加入电源时，电源就会增加不良的接地路径，或者流入现有接地路径的电源电流相当大和/或具有高噪声，从而破坏信号传输。为电路的不同部分单独提供电源（因而具有单独的接地回路）通常可以避免这个问题。例如，在混合信号应用中，通常要将模拟电源和数字电源分开，同时将在星型点处相连的模拟地和数字地分开。

事实上，数字电路具有噪声。饱和逻辑（例如TTL和CMOS）在开关过程中会短暂地从电源吸入大电流。但由于逻辑级的抗扰度可达数百毫伏以上，因而通常对电源去耦的要求不高。相反，模拟电路非常容易受噪声影响—包括在电源轨和接地轨上—因此，为了防止数字噪声影响模拟性能，应该把模拟电路和数字电路分开。这种分离涉及到接地回路和电源轨的分开，对混合信号系统而言可能比较麻烦。

然而，如果高精度混合信号系统要充分发挥性能，则必须具有单独的模拟地和数字地以及单独电源，这一点至关重要。事实上，虽然有些模拟电路采用+5 V单电源供电运行，但并不意味着该电路可以与微处理器、动态RAM、电扇或其他高电流设备共用相同+5 V高噪声电源。模拟部分必须使用此类电源以最高性能运行，而不只是保持运行。这一差别必然要求我们对电源轨和接地接口给予高度注意。

请注意，系统中的模拟地和数字地必须在某个点相连，以便让信号都参考相同的电位。这个星点（也称为模拟/数字公共点）要精心选择，确保数字电流不会流入系统模拟部分的地。在电源处设置公共点通常比较便利。

许多ADC和DAC都有单独的“模拟地”(AGND)和“数字地”(DGND)引脚。在设备数据手册上，通常建议用户在器件封装处将这些引脚连在一起。这点似乎与要求在电源处连接模拟地和数字地的建议相冲突；如果系统具有多个转换器，这点似乎与要求在单点处连接模拟地和数字地的建议相冲突。

其实并不存在冲突。这些引脚的“模拟地”和“数字地”标记是指引脚所连接到的转换器内部部分，而不是引脚必须连接到的系统地。对于ADC，这两个引脚通常应该连在一起，然后连接到系统的模拟地。由于转换器的模拟部分无法耐受数字电流经由焊线流至芯片时产生的压降，因此无法在IC封装内部将二者连接起来。但它们可以在外部连在一起。

图1显示了ADC的接地连接这一概念。这样的引脚接法会在一定程度上降低转换器的数字噪声抗扰度，降幅等于系统数字地和模拟地之间的共模噪声量。但是，由于数字噪声抗扰度经常在数百或数千毫伏水平，因此一般不太可能有问题。

模拟噪声抗扰度只会因转换器本身的外部数字电流流入模拟地而降低。这些电流应该保持很小，通过确保转换器输出没有高负载，可以最大程度地减小电流。实现这一目标的好方法是在ADC输出端使用低输入电流缓冲器，例如CMOS缓冲器-寄存器IC。

图1. 数据转换器的模拟地(AGND)和数字地(DGND)引脚应返回到系统模拟地。

如果转换器的逻辑电源利用一个小电阻隔离，并且通过0.1 μF (100 nF)电容去耦到模拟地，则转换器的所有快速边沿数字电流都将通过该电容流回地，而不会出现在外部地电路中。如果保持低阻抗模拟地，而能够充分保证模拟性能，那么外部数字地电流所产生的额外噪声基本上不会构成问题。