如何降低數(shù)模設(shè)計(jì)過(guò)程中的數(shù)模干擾？串?dāng)_和共阻抗耦合

數(shù)模設(shè)計(jì)過(guò)程中要避免照搬經(jīng)驗(yàn)和規(guī)則，但要徹底講清這個(gè)問(wèn)題，首先要明白數(shù)模干擾的機(jī)理，數(shù)字對(duì)模擬的影響可以分為串?dāng)_和共阻抗耦合兩種情況。

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1、串?dāng)_

串?dāng)_一般是通過(guò)數(shù)字與模擬信號(hào)線間的分布參數(shù)相互影響，不過(guò)這個(gè)問(wèn)題至少目前已經(jīng)不是很突出了。因?yàn)?a target="_blank">數(shù)字信號(hào)要布置在數(shù)字區(qū)域，模擬信號(hào)要布置在模擬區(qū)域，空間上都已經(jīng)做了隔離，因此風(fēng)險(xiǎn)也減少了。

2、共阻抗耦合

公共阻抗耦合是指由于騷擾源與敏感部位共用一個(gè)線路阻抗而產(chǎn)生的。當(dāng)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)共地時(shí)，由于地線在高頻時(shí)存在一定的阻抗，因此數(shù)字信號(hào)回流流過(guò)時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)壓降，這就是共模電壓源。

此時(shí)，如果共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域，在模擬區(qū)域地上產(chǎn)生壓降，這個(gè)電壓如果疊加在模擬信號(hào)上，便會(huì)影響模擬信號(hào)，這就是數(shù)模共阻抗干擾的機(jī)理。

根據(jù)對(duì)共阻抗耦合的原因分析，解決辦法如下：

A、降低GND阻抗，降低共模電壓源；

B、避免數(shù)字GND產(chǎn)生的共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。

對(duì)于降低GND阻抗，極端點(diǎn)的阻抗為零，此時(shí)即使數(shù)字信號(hào)回流流過(guò)，也不會(huì)產(chǎn)生共模電壓源，因此，也不會(huì)影響模擬信號(hào)。

但是，實(shí)際情況是做不到GND零阻抗的，唯一的手段就是使其無(wú)限制的降低，如使用GND平面、GND平面減少分割、GND平面長(zhǎng)寬比小于3等等。

對(duì)于使數(shù)字地產(chǎn)生的共模電流不流經(jīng)模擬區(qū)域，數(shù)模分割啟示就是這個(gè)初衷。但實(shí)際情況是，有很多的案例都對(duì)數(shù)字與模擬進(jìn)行了分割，但仍然不能解決數(shù)字對(duì)模擬的干擾。

在此，需要鄭重強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，如果只想通過(guò)數(shù)模分割就解決數(shù)字對(duì)模擬的影響，是不見(jiàn)樹(shù)木不見(jiàn)森林的錯(cuò)誤做法。數(shù)模分割需要從系統(tǒng)架構(gòu)上做深度分析，比如塑料或金屬機(jī)箱、系統(tǒng)接地點(diǎn)、模擬區(qū)域有無(wú)I/O線纜等等。

例如：

對(duì)于塑料機(jī)箱，如果模擬區(qū)域有I/O電纜，此時(shí)數(shù)字模擬分割不一定能解決問(wèn)題。因?yàn)閿?shù)字信號(hào)在GND上產(chǎn)生的共模噪聲會(huì)因?yàn)镮/O電纜與參考接地平板的分布參數(shù)形成環(huán)路，此時(shí)共模電流也將流經(jīng)模擬區(qū)域，所以這種分割存在很大的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于金屬外殼的產(chǎn)品，因?yàn)閱伟逍枰拥?，因此重點(diǎn)需要關(guān)注接地點(diǎn)，即接地點(diǎn)的設(shè)置要避免數(shù)字區(qū)域共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。

對(duì)于模擬區(qū)域無(wú)I/O的線纜的情況，在進(jìn)行數(shù)字與模擬分割后，可以在A/D芯片數(shù)字與模擬GND上設(shè)置接地點(diǎn)，避免數(shù)字區(qū)域的共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域。

但對(duì)于模擬區(qū)域有I/O線纜的情況，因?yàn)榫€纜對(duì)地的分布參數(shù)，因此，存在共模電流流經(jīng)模擬區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)，此時(shí)還需要充分考慮I/O線纜的長(zhǎng)度，如音頻耳機(jī)線因?yàn)楸容^短，可能分割后風(fēng)險(xiǎn)不大，但是，如果線纜很長(zhǎng)的情況下，即使風(fēng)格也有很大的風(fēng)險(xiǎn)。

任何事物沒(méi)有絕對(duì)正確性，數(shù)模分割同樣如此，如果涉及不好，會(huì)產(chǎn)生負(fù)面效果，比如跨分割布線等等。另外，高頻時(shí)即使分割了，分割之間存在分布參數(shù)，因此，也不能形成完全意義上的分割。

初學(xué)者或?qū)?a target="_blank">EMC一知半解的工程師，如果對(duì)數(shù)模風(fēng)格把握不準(zhǔn)，建議盡量少分割或干脆不分割，以保證GND平面完整，降低GND平面阻抗，同樣可以減小數(shù)字對(duì)模擬干擾的風(fēng)險(xiǎn)。