《FPGA全程进阶实战演练》第三章之接地设计

       信号回路的电位基准点&＃xff0c;&＃xff08;直流电源的负极或者零伏点&＃xff09;在单板上可以分为数字地和模拟地。理想的工作地是电路参考点的等电位平面&＃xff0c;然而在实际中&＃xff0c;工作地被认为信号电流的低阻抗回路和电源的供电回路&＃xff0c;这样就会有三个方面的问题&＃xff0c;共模干扰&＃xff0c;辐射和信号串扰&＃xff1b;

       1.共模干扰

图3.8 共模干扰

       如图3.8所示&＃xff0c;所有的导体都具有一定的阻抗&＃xff0c;电流流经地时&＃xff0c;同样会产生压降。那么流进地的电流主要来自于两个方面&＃xff1a;信号的回流和电源电流的回流&＃xff0c;其中Vnoise就是电流流经工作地时产生的共模噪声电压。

       2.串扰

图3.9 串扰

      PCB上相邻的印制线之间存在着互感和耦合电容&＃xff0c;当信号电压或者电流信号随时间快速变化时&＃xff0c;不可避免的会产生串扰&＃xff0c;如图3.9所示是产生串扰的等效电路&＃xff0c;图b中的crosstalk是总参数下的串扰。

     3.辐射与干扰

图3.10 辐射与干扰

      PCB快速变化的电流回路&＃xff0c;其作用是相当于一个小回路天线&＃xff0c;它会向外进行电磁场辐射&＃xff0c;图&＃xff08;a&＃xff09;中差模辐射与电流的大小&＃xff0c;电流的频率&＃xff0c;回路的面积有关&＃xff0c;共模辐射&＃xff0c;其与共模电流&＃xff0c;共模电流频率&＃xff0c;共模线的长度有关。同时也会对PCB上的电路产生共模干扰。

      那么对于上述的三个方面问题&＃xff0c;都与PCB接地设计有关&＃xff0c;那么如何去设计接地问题就显得尤为重要&＃xff0c;下面说明一些原则。

     4.最小化地电感和信号回路--信号线应该尽量短&＃xff0c;信号回路面积尽量小&＃xff0c;速度较高的可以用有地平面的多层板&＃xff0c;关键电路包括器件和走线应该尽量远离板的边缘&＃xff0c;板的边缘存在较强的干扰场。

     5.地平面分割与不分割的合理应用--对于混合电路&＃xff0c;若数字地和模拟地分割&＃xff0c;不会出现能够很好解决信号跨越和信号回路的问题&＃xff0c;建议采用“分区但不分割”的方法。即局部和布线时严格区分数字与模拟区域&＃xff0c;避免数字信号和模拟信号出现公共回流路径&＃xff0c;但地层不分割开&＃xff0c;避免信号跨越而形成大的信号回路。

     6.接口地保持“干净”&＃xff0c;是噪声无法通过耦合出入系统--出入PCB板信号&＃xff0c;特别是通过电缆连接的信号易将噪声耦合出入系统&＃xff0c;注意保持I/O地不受到共模干扰&＃xff0c;接口部分的电源地尽量采用平面。

      7.电路合理分区&＃xff0c;控制不同模块之间的共模电流—对于纯数字电路&＃xff0c;应该注意按照电路工作速率高、中、低以及I/O进行分区&＃xff0c;减少电路模块之间的共模电流。