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模拟地和数字地该怎么连接？单点连还是两点？

Taizhong Liu
Prodigy 145 points
Other Parts Discussed in Thread: PGA112, OP27, CD74HC4052

大家好，

最近用C2000时，模拟电路受到干扰的问题，请教大家：

C2000系列使用过程中，模拟地和数字地应该单点连接还是双点连接？

电路板是四层板，芯片用的是C2000(28027,主频60MHz)；模拟电路有换能器，变压器，开关（4052），运放(OP27),可编程放大器(PGA112)；数字电路就是RS232串行输出。流程是这样的，

28027向模拟电路开关（CD74HC4052)送出两路选择信号（S0,S1),开关选通某一路信号；

28027向模拟电路发出几个pwm脉冲(Burst)；

等待一段时间；

28027向可编程放大器(PGA112)发送时钟(Sclk)，数据(Dio)，通道选通信号(Cs)，让pga选定通道和放大倍数；

ADC采样

简单数据运算，通过RS232输出结果。

情况一：模拟地和数字地分开，模拟地和数字地单点连接，这个连接点就是模拟电源和数字电源的公共地。这个时候pga工作不正常，处于休眠状态，放大倍数只能是一，通道只能是Ch0。用飞线将模拟和数字的地连接起来，pga工作正常，噪声也低。

情况二：模拟地和数字地分开，模拟地和数字地连接的部分有14mm宽，线路板能工作，可是噪声太大。

问题：

如果按照低频电路单点接地的概念，模拟电源和数字电源肯定是要共地的，这个共地是一个共地了，但如果只有这个共地，pga又不能正常工作？如果把这个共同连接的地的宽度扩大，比如扩大到14mm,噪声又大。是不是可以把这个地扩大到3-5mm，pga能正常工作，噪声小呢？而这个时候，跨越模拟数字之间间隙的信号S0, S1, Sclk, Cs等，是否都应该放在电源地附近呢？（如果不放在电源地附近，信号回路会很大）。

另一种做法是在s0,s1,sclk,cs等信号跨越模拟数字隔断的地方，增加一个模拟地和数字地的连接点，让s0,s1,sclk,cs等信号的回路面积变小，但这样是否又是模拟数字地两点连接了呢？这种情况下噪声是大还是小呢？

像我碰到的这种模拟电路比较敏感，但还需要有控制信号从数字区域跨越到模拟区域的应用，模拟地平面，数字地平面该怎么互联呢？

谢谢大家！

刘

  • 0
    TI__Mastermind 29385 points

    这个与您系统的Layout有很大关系啊！推荐给您一个文档TMS320F28xx和TMS320F28xxx DSCs的硬件设计指南

    www.ti.com.cn/.../zhca065.pdf

  • 0 回复 Young Hu
    Prodigy 145 points

    Young,您好！

    谢谢您的回复！

    谢谢您的资料。

    实际上单点接地的思路就是TI的资料上推荐的，TI推荐单点接地是不想形成地回路干扰。我对于单点接地的疑问在于：

    如果是单点接地的话，模拟电源地，数字电源地最终要接在一起，比如接系统地，或者外部电源地，或者什么汇流排，从这个角度来讲，这已经是单点接地了。那模拟电路和数字电路在电路板上就只能分割开，不能有交点。这样的安排对于有控制信号需要从数字区域跨越到模拟区域的情况就比较难办，因为控制信号的回路要通过系统地回流的话，这个回路区域就过大.

    前一阵把数字电路和模拟电路做成了不相干的两块板，两块板共用一个外部电源，这个时候pga就不能工作，如果把模拟和数字地通过飞线连接起来，pga能工作，信号还好。其实我对这个现象有些疑惑，这不形成了两点连接了吗？

    如果模拟数字要真正的一点连接，就需要模拟地，数字地，电源地，甚至电源芯片断电去耦电容放一块，在这个地方共地，如果需要控制信号从数字区域发出，再到模拟区域，这些控制信号都要靠近共地的地方，这样的布线不太好布，特别是像pga这样的芯片，至少需要3根控制线，有一点宽度。

    有控制线从数字区域跨越到模拟区域，这样的地线布局很少有资料提到，即使提到也不详细。

    谢谢！

    刘

  • 0 回复 Taizhong Liu
    TI__Mastermind 29385 points

    您好！

    在PCB上，模拟地和数字地必须要接在一起，如果不接在一起，会存在压差。采用单点接地的方式，可以避免模拟地和数字地大面积相连造成的干扰。外部电源地或者您说的其他的方式连接存在很大的压差，相当于不是同一个地。

    布局布线的资料还是很多，您可以查阅一下相应的资料。

  • 0 回复 Taizhong Liu
    TI__Genius 9431 points

    1.在电源部分，推荐的做法是AVCC与DVCC前独立加π型滤波；

    2.在接地部分，需要注意不仅是单点接地，高速信号和模拟信号还需要有地平面的跟随，如果单点接地了但是数字信号跑到模拟地平面的区域了，这样也会造成很强的干扰，一方面在那一部分里面没有高速信号没有参考，另一方面会给模拟地平面造成高频干扰；

    3.layout时候如果遇到布局走线不方便，可以使用半包围的方法进行，逐渐优化包围圈，使各类信号有自己的参考平面，地平面整齐，信号线整齐。

  • 0
    Prodigy 145 points

     

    谢谢大家的回复。

    应用情形一：

    上图是我画的一个草图：

    左面方框表示模拟电路，右面方框表示28027的开发板。实际上我是做了一个模拟电路，用开发板来驱动，因此，有两块电路板。因为28027有adc，因此，28027开发板实际包括模拟部分和数字部分，在开发板中，这两个部分的地是通过一个10uH的电感连接起来的。

    从上往下看，外部电源通过+/-5V,GND给左面的模拟电路供电，也通过+5V,GND给右面的开发板供电。（两块电路板都连接了外部地）

    左面的模拟电路中有三个方框，左面两个大小一样的表示开关(TI CDHC4052),这个开关需要两路GPIO信号来选通某个通路，同时需要28027的一路pwm来驱动，因此，开关需要3路信号（用了红色直线）与28027开发板连接。左面模拟电路中靠右的一个小框，代表了可编程放大器(TI PGA112)，这个放大器可根据28027的信号选择不同的通路，不同的放大倍数，这个可编程放大器需要来自28027的三路信号驱动，用了三根红色直线表示这三路信号。可编程放大器的输出，要连接到28027的ADC采样部分，我用了一个红色线段来表示。模拟部分和数字部分，有两根地线互联的时候，pga工作才正常。

    电路在这样的工作情况下，信号不错。

    其实我有些不理解，数字和模拟电路这不已经形成两路连接了吗？

    当然，有一种可能是这是两路连接，模拟信号已经受到干扰了，我感觉不明显而已（实际上我确实看到信号有些干扰。）

  • 0 回复 Taizhong Liu
    Prodigy 145 points

    使用情形二：

    这个版本是把模拟和数字作一块板上了。

    电源部分是这样的，外部+/-5V，GND进电路板，用了两个spx1117，左面一个负责模拟放大电路，右面一个负责数字电路（也含adc部分），右面的一个1117产生的D3.3V通过一个电感给28027的ADC用A-3.3V供电。

    28027ADC部分地通过10uH电感与模拟放大部分连接。

    模拟和数字部分连接的地方有14mm.

    结果：线路能工作，但信号不好，干扰大。

     

     

     

     

  • 0 回复 Taizhong Liu
    Prodigy 145 points

    应用情形三：

    最近打算再作一块电路板，把情形一和情形二的情况综合起来：

    外部电源+/-5V,GND进入电路板，用spx1117产生3.3V，用电感隔离（实际上带了电容，也就是pai型滤波器），分别给28027ADC和模拟放大电路供电。模拟放大电路地平面，28027数字电路地平面，28027ADC地平面都在1117去耦电容接地处共地。模拟电路地平面通过宽度1.5-2.0mm，长度1.5mm左右的电线与1117去耦电容地相连。数字电路的电流大一些，数字电路与1117去耦电容接地处接地面积也需要大一些。

    数字电路需要输往模拟电路的信号(sclk,dio,cs,s0,s1,burst)等，靠近模拟，数字平面共地的地方跨越模拟数字之间的缝隙。现在的疑问是：

    还需要模拟和数字之间的第二个连接点吗？在情形一中，没有第二个地连接点pga不工作，但如果有了这第二个地连接点，可能形成地回路，我的信号质量会好吗？在情形二中，模拟和数字之间的地有14mm宽，结果信号变差。

    这个接地和电源，该怎么布呢？

    是否我还是该在第二个接地点，预留一个0欧电阻的位置，作为备选呢？

    谢谢大家！

    刘

  • 0 回复 Taizhong Liu
    Prodigy 145 points

    根据使用情形三做出来的电路板出来了，还是不行，出现了同频的噪声。

    调试一个星期后，终于发现了问题，还是电源的问题。电源隔离之后，信号就干净了。实际上，Hardy Hu的建议是很准确的。

    这个电路调试起来很有迷惑性，本人经验也不足。迷惑性表现在电路中我的信号是40kHz,但不管硬件，软件中都有不少40kHz的要素，因此，一个个排除很费劲。还有一个迷惑性在于原来使用了一个方案，就是用市场上买的28027开发板加上我自己做的模拟放大电路，这个效果很好。在这个方案中，模拟和数字各通过一条大约10厘米的电线连接起来，没有做隔离，效果不错，因此，认为电源直接连接没有问题。现在看来，这个连接可能有一定的隔离作用，具体的连接方式是这样的：

    这样的连接和使用情形三有区别。使用情形三的连接相当于模拟和数字的+5V电源先互相连接，然后再连接到外部电源上，这样，模拟和数字电源直接的阻抗可能是比模拟到电源，数字到电源的阻抗小，因此，模拟和数字电源之间就互相干扰了。

    最后的方案很简单，因为我模拟和数字+5V之间也是有一个10uH的电感的，后来再加了一个47uF的接地电容做滤波，信号就好了。

    谢谢Hardy 和 Young 的回复！

     

  • 0 回复 Taizhong Liu
    Prodigy 145 points

    刚才图片没有贴上，现在加上：