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数模混合信号设计怎么优化干扰

09/16 09:25
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模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值,例如温度、压力,以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。

数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值,例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。

数字电路抗噪声能力强,在噪声容限内,不影响系统的正常工作。而该噪声对模拟信号而言,则往往是致命的,会造成系统的性能的大幅度下降。在数模混合系统中,由于数字与模拟之间存在着电流回路,这就为数字噪声进入模拟系统提供了很好的途径。如果处理不当,不但可能带来严重的EMI问题,还有可能导致模拟系统不能正常工作。

一般在数模混合系统中,会存在以下几个干扰因素:

1、数字信号线对模拟电路的干扰。做设计时,如果没有对数字信号与模拟信号进行规划区分区域布局布线,将数字信号线布在模拟部分信号之上或者将模拟信号布在数字信号之上,就会导致数字信号线对模拟电路的干扰,常常这种干扰是感性的。

2、数字电源与数字地对模拟电路的干扰。在数模混合器件内部,数字地和模拟地之间、数字电源与模拟电源之间是相互隔离的,但是对应器件的正常工作而言,系统必须相对与一个统一的参考地,因此外部必须将二者连接在一块。但是任何与数字地连接的外部阻抗都可以通过寄生电容将大量的数字噪声耦合到芯片的内部模拟电路,从而造成对模拟电路部分的干扰。同样地,数字噪声也可以通过数字电源耦合到IC内部模拟电路部分。

针对这个干扰因素,可以对模拟地和数字地的进行这2种处理:

1)采用单点接地或多点接地。为了避免数字地对模拟地的影响,将数字地与模拟地分割开,在地平面的适当点用‘地连接桥’将两种地连接在一起。

根据具体电路的情况采用多点连接或单点连接。对于模拟电路和数字电路只有一处连接的采用单点接地(例如只有一个AD或DA转换器),对于有多处连接的采用多点接地(例如有多个AD或DA转换器)。

2)分区不分割。模拟器件放置在模拟区、数字器件放置在数字区,采用统一的地平面。这样做的好处是:满足了IC器件厂商对模拟地和数字地管脚低阻抗连接的要求,同时又不会形成环路天线或偶极天线而产生EMC问题,最主要的保证了跨接信号的良好回流,目前越来越多的被用在AD或者DA器件的参考设计中。

3、相同模拟子电路之间的干扰。两路的功能模块之间会通过共同地或者电源互相干扰,可以采用单点接地或者将不同模块的地完全隔开的方式来隔离干扰,对于电源一般则采用磁珠将不同模拟的电源隔离开来。

4、模拟发送电路对模拟接收电路的干扰。在通信系统中,发送电路和接收电路总是在一块处理信号,但是发送信号通常比接收信号强得多。因此,对发送电路和接收电路必须进行隔离,否则微弱的接收信号会被发送电路串过来的强信号所淹没。通常,我们可以通过电源、地平面,尤其是地平面进行屏蔽隔离。或者使发送电路尽量远离接收电路,截断它们的耦合途径。

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