數字地與模擬地的區別

(A)爲什麼要將模擬地和數字地分開,如何分開?

Answer:模擬信號和數字信號都要回流到地,因爲數字信號變化速度快,從而在數字地上引起的噪聲就會很大,而模擬信號是需要一個乾淨的地參考工作的。如果模擬地和數字地混在一起,噪聲就會影響到模擬信號。一般來說,模擬地和數字地要分開處理,然後通過細的走線連在一起,或者單點接在一起。總的思想是儘量阻隔數字地上的噪聲竄到模擬地上。當然這也不是非常嚴格的要求模擬地和數字地必須分開,如果模擬部分附近的數字地還是很乾淨的話可以合在一起。



(B)爲什麼要將人和豬分開,如何分開?

Answer:人和豬都要在地面上生活,因爲豬的文明進化過程比較慢,從而會把地面上弄得很髒,而人是需要一個乾淨的地面生活的。如果人和豬混在一起生活,豬產生的髒東西就會影響到人。一般來說,人生活的地面和豬生活的地面要分開處理(蓋豬圈),但是人和豬之間又需要有聯繫(餵豬),所以通常就用柵欄連在一起,或者通過一道門連在一起。總的思想是儘量阻隔豬圈裏的髒東西竄到人生活的地面上。當然這也不是非常嚴格的要求人和豬必須分開,如果人附近的豬還是很乾淨的話(寵物豬)可以住在一起。



其實本質是對的,就是數字地,模擬地都是地,並不是他們倆頭上長角,十分的怪異,要明白爲什麼要分開,先聽我說一個故事

我 們公司所在的商務樓共有3樓,2樓是搞模擬的,3樓是做數字的,整幢樓只有一部電梯,平時人少的時候還好辦,上2樓,上3樓互不影像,但每天早上上下班的 時候就不得了了,人多得很,搞數字的要上3樓,總是被2樓的模擬影響,2樓模擬的人要下樓,總是要等電梯上了3樓,再下來,互相影響很是麻煩,
商務樓的物業爲解決這個問題,提出了2個方案,
第1個(笑死人了)
電梯擴大,可以裝更多的人,
電梯大了是好,但公司會招人,人又多了,再換電梯,再招人...永遠死循環,有一個辦法到挺好,大家索性不要電梯,直接往下跳,不管2樓的,3樓的,肯定解決問題,但肯定會出問題(第1個被槍斃掉了)

第2個
裝2部電梯,一部專門上2樓,另一部專門上3樓
Wonderful!太機智了,這樣2層樓面的工作人員就互不影響了。

End

明白了否?


數字地,模擬地互相會影響不是因爲一個叫數字,一個叫模擬,而是他們用了同一部電梯--地,而這部電梯所用的井道就是我們在PCB上布得地線。
模擬迴路的電流走這條線,數字迴路的電流也走這條線,本來無可厚非,線布着就是用來導通電流的,可問題處在這根線上有電阻!
而且最根本的問題是走這條線的電流要去2個不同的迴路。
假設一下,有2股電流,數流,模流同時從地出發。有2個器件,數件,模件。
若2個迴路不分開,數流,模流回走到數件的接地端前的時候,損耗的電壓爲v
v=(數流+模流)x走線電阻
相當於數字器件的接地端相對於地端升高了v

數字器件不滿意了,我承認會升高少許電壓,數流的那部分我認了,但模流的爲什麼要加在我頭上?
同理模擬器件也會同樣抱怨


2個解決方案
第1個:你布的PCB線沒有阻抗,自然不會引起干擾,就像2、3樓直接往下跳,那是井道最寬的時候,也就是可以裝一個無限大的電梯,自然誰都不影響誰,但誰都知道,this is mission impossible

第2個:2條迴路分開走,數流,模流分開,既數地、模地分開。

同理,有時雖在模擬迴路中,但也要分大、小電流回路,就是避免相互干擾。
所謂的干擾就是:2個不同迴路中的電流在PCB走線上引起的電壓,這2部分電壓互相疊加而產生的。



簡單來說,數字地是數字信號的對地,模擬地是模擬信號的對地。 
由於數字信號一般爲矩形波,帶有大量的諧波。如果電路板中的 
數字地與模擬地沒有從接入點分開,數字信號中的諧波很容易會 
干擾到模擬信號的波形。當模擬信號爲高頻或強電信號時,也會 
影響到數字電路的正常工作。

存在問題的根本原因是,誰也無法保證電路板上銅箔的電阻爲零, 
在接入點將數字地和模擬地分開,就是爲了將數字地和模擬地的 
共地電阻降到最小。

★數字地和模擬地處理的基本原則如下:

1模擬地和數字地之間鏈接

(1)模擬地和數字地間串接電感一般取值多大?

一般用幾uH到數十uH。
(2)用0歐電阻是最佳選擇 (1)可保證直流電位相等、(2)單點接地(限制噪聲)、(3)對所有頻率的噪聲都有衰減作用(0歐也有阻抗,而且電流路徑狹窄,可以限制噪聲電流通過)。
磁珠相當於帶阻陷波器,只對某個頻點的噪聲有抑制作用,如果不能預知噪點,如何選擇型號,況且,噪點頻率也不一定固定,故磁珠不是一個好的選擇。
電容不通直流,會導致壓差和靜電積累,摸機殼會麻手。如果把電容和磁珠並聯,就是畫蛇添足,因爲磁珠通直,電容將失效。串聯的話就顯得不倫不類。
電感特性不穩定,離散分佈參數不好控制,體積大。電感也是陷波,LC諧振(分佈電容),對噪點有特效。
總之,關鍵是模擬地和數字地要一點接地。
建議,不同種類地之間用0歐電阻相連;電源引入高頻器件時用磁珠;高頻信號線耦合用小電容;電感用在大功率低頻上。
2 磁珠

採用在高頻段具有良好阻抗特性的鐵氧體材料燒結面成,專用於抑制信號線、電源線上的高頻噪聲和尖峯干擾,還具有吸收靜電脈衝的能力。

主要參數:
標稱值:因爲磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆 .一般以100MHz爲標準,比如2012B601,就是指在100MHz的時候磁珠的阻抗爲600歐姆。

額定電流:額定電流是指能保證電路正常工作允許通過電流.

3 電感與磁珠的區別:

有一匝以上的線圈習慣稱爲電感線圈,少於一匝(導線直通磁環)的線圈習慣稱之爲磁珠;

電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件;

電感多用於電源濾波迴路,磁珠多用於信號迴路,用於EMC對策;

磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾,而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾.兩者都可用於處理EMC、EMI問題;

電感一般用於電路的匹配和信號質量的控制上.在模擬地和數字地結合的地方用磁珠.

磁珠有很高的電阻率和磁導率,他等效於電阻和電感串聯,但電阻值和電感值都隨頻率變化。他比普通的電感有更好的高頻濾波特性,在高頻時呈現阻性,所以能在相當寬的頻率範圍內保持較高的阻抗,從而提高調頻濾波效果。
作爲電源濾波,可以使用電感。磁珠的電路符號就是電感但是型號上可以看出使用的是磁珠在電路功能上,磁珠和電感是原理相同的,只是頻率特性不同罷了
磁珠由氧磁體組成,電感由磁心和線圈組成,磁珠把交流信號轉化爲熱能,電感把交流存儲起來,緩慢的釋放出去。
磁珠對高頻信號纔有較大阻礙作用,一般規格有100歐/100mMHZ ,它在低頻時電阻比電感小得多。
鐵氧體磁珠 (Ferrite Bead) 是目前應用發展很快的一種抗干擾組件,廉價、易用,濾除高頻噪聲效果顯着。
在 電路中只要導線穿過它即可(我用的都是象普通電阻模樣的,導線已穿過並膠合,也有表面貼裝的形式,但很少見到賣的)。當導線中電流穿過時,鐵氧體對低頻電 流幾乎沒有什麼阻抗,而對較高頻率的電流會產生較大衰減作用。高頻電流在其中以熱量形式散發,其等效電路爲一個電感和一個電阻串聯,兩個組件的值都與磁珠 的長度成比例。磁珠種類很多,製造商應提供技術指標說明,特別是磁珠的阻抗與頻率關係的曲線。
有的磁珠上有多個孔洞,用導線穿過可增加組件阻抗(穿過磁珠次數的平方),不過在高頻時所增加的抑制噪聲能力不可能如預期的多,而用多串聯幾個磁珠的辦法會好些。
鐵氧體是磁性材料,會因通過電流過大而產生磁飽和,導磁率急劇下降。大電流濾波應採用結構上專門設計的磁珠,還要注意其散熱措施。
鐵氧體磁珠不僅可用於電源電路中濾除高頻噪聲(可用於直流和交流輸出),還可廣泛應用於其它電路,其體積可以做得很小。特別是在數字電路中,由於脈衝信號含有頻率很高的高次諧波,也是電路高頻輻射的主要根源,所以可在這種場合發揮磁珠的作用。
鐵氧體磁珠還廣泛應用於信號電纜的噪聲濾除。
以常用於電源濾波的HH-1H3216-500爲例,其型號各字段含義依次爲:
HH 是其一個系列,主要用於電源濾波,用於信號線是HB系列;
1 表示一個組件封裝了一個磁珠,若爲4則是並排封裝四個的;
H 表示組成物質,H、C、M爲中頻應用(50-200MHz),
T低頻應用(50MHz),S高頻應用(200MHz);
3216 封裝尺寸,長3.2mm,寬1.6mm,即1206封裝;
500 阻抗(一般爲100MHz時),50 ohm。
其產品參數主要有三項:
阻抗[Z]@100MHz (ohm) : Typical 50, Minimum 37;
直流電阻DC Resistance (m ohm): Maximum 20;
額定電流Rated Current (mA): 2500.

電感和磁珠的什麼聯繫與區別

電感是儲能元件,而磁珠是能量轉換(消耗)器件

電感多用於電源濾波迴路,磁珠多用於信號迴路,用於EMC對策

磁珠主要用於抑制電磁輻射干擾,而電感用於這方面則側重於抑制傳導性干擾。兩者都可用於處理EMC、EMI問題。

磁珠是用來吸收超高頻信號,象一些RF電路,PLL,振盪電路,含超高頻存儲器電路(DDR SDRAM,RAMBUS等)都需要在電源輸入部分加磁珠,而電感是一種蓄能元件,用在LC振盪電路,中低頻的濾波電路等,其應用頻率範圍很少超過錯50MHZ。

★地的連接一般用電感,電源的連接也用電感,而對信號線則採用磁珠?
但實際上磁珠應該也能達到吸收高頻干擾的目的啊?而且電感在高頻諧振以後都不能再起電感的作用了……

先必需明白EMI的兩個途徑,即:輻射和傳導,不同的途徑採用不同的抑制方法。前者用磁珠,後者用電感。

對於扳子的IO部分,是不是基於EMC的目的可以用電感將IO部分和扳子的地進行隔離,比如將USB的地和扳子的地用10uH的電感隔離可以防止插拔的噪聲干擾地平面?

電感一般用於電路的匹配和信號質量的控制上。在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。

在模擬地和數字地結合的地方用磁珠。數字地和模擬地之間的磁珠用多大

磁珠的大小(確切的說應該是磁珠的特性曲線)
取決於你需要磁珠吸收的干擾波的頻率

爲什麼磁珠的單位和電阻是一樣的呢??都是歐姆!!

磁珠就是阻高頻嘛,對直流電阻低,對高頻電阻高,不就好理解了嗎,
比如1000R@100Mhz就是說對100M頻率的信號有1000歐姆的電阻

因爲磁珠的單位是按照它在某一頻率產生的阻抗來標稱的,阻抗的單位也是歐姆。磁珠的datasheet上一般會附有頻率和阻抗的特性曲線圖。一般以100MHz爲標準,比如2012B601,就是指在100MHz的時候磁珠的Impedance爲600歐姆。

在很多產品中,交換機的兩個地用電容連接起來,爲什麼不用電感?你說的兩個地,其中一個是不是機殼的?
我估計(以下全部估計,有錯請指點)
如 果用磁珠或者直接相連的話,人體靜電等意外電平會輕易進入交換機的地,這樣交換機工作就不正常了。但如果它們之間斷開,那麼遭受雷擊或者其他高壓的時候, 兩個地之間的電火花引起起火…… 加電容則避免這種情況。交換機的地,是通過兩個地之間的之間的電容去消除諧波。就像高阻抗的變壓器一樣,他附加了一個消除諧波的通路!我自己認爲!請指 正!鐵氧體材料是鐵鎂合金或鐵鎳合金,這種材料具有很高的導磁率,他可以是電感的線圈繞組之間在高頻高阻的情況下產生的電容最小。鐵氧體材料通常在高頻情 況下應用,因爲在低頻時他們主要程電感特性,使得線上的損耗很小。在高頻情況下,他們主要呈電抗特性比並且隨頻率改變。實際應用中,鐵氧體材料是作爲射頻 電路的高頻衰減器使用的。實際上,鐵氧體較好的等效於電阻以及電感的並聯,低頻下電阻被電感短路,高頻下電感阻抗變得相當高,以至於電流全部通過電阻。鐵 氧體是一個消耗裝置,高頻能量在上面轉化爲熱能,這是由他的電阻特性決定的。線圈,磁珠有一匝以上的線圈習慣稱爲電感線圈,少於一匝(導線直通磁環)的線 圈習慣稱之爲磁珠。用途由起所需電感量決定。

請教:對於驊訊的USB聲卡方案中,在UBS電源端與地端也分別接有一個磁珠,不知是否有人清楚,但是在實際生產中也有些工程把磁珠用電感去代替了,請問這樣可以嗎?

那裏的磁珠是起什麼作用喲?作爲電源濾波,可以使用電感。磁珠的電路符號就是電感但是型號上可以看出使用的是磁珠在電路功能上,磁珠和電感是原理相同的,只是頻率特性不同罷了。

★數字地和模擬地處理的基本原則如下:

1)、若爲低頻模擬電路,加粗和縮短地線;單點接地,可有效防止由於地線公共阻抗而導致的部件之間的互相干擾。而高頻電路和數字電路,地線的電感效應較嚴重,單點接地會導致實際地線加長,故應多點接地和單點接地相結合。


2)、高頻電路還應考慮如何抑制高頻輻射噪聲。方法如下:應儘量加粗地線,以降低噪聲對地阻抗;大面積(滿)接地,即除傳輸信號及電源的印製線以外,其餘部分全覆銅作爲地線,但不要留有死的無用大面積銅箔。


3)、地線應構成環路,以防止產生高頻輻射噪聲,但環路面積不可過大,以免產生較大的感應電流。注意若爲低頻電路,則應避免地線環路。


4)、數字電源和模擬電源最好隔離,地線分開佈置,如果有A/D轉換電路,則只在儘量靠近該器件處單點接地。

1)、若爲低頻模擬電路,加粗和縮短地線;單點接地,可有效防止由於地線公共阻抗而導致的部件之間的互相干擾。而高頻電路和數字電路,地線的電感效應較嚴重,單點接地會導致實際地線加長,故應多點接地和單點接地相結合。


2)、高頻電路還應考慮如何抑制高頻輻射噪聲。方法如下:應儘量加粗地線,以降低噪聲對地阻抗;大面積(滿)接地,即除傳輸信號及電源的印製線以外,其餘部分全覆銅作爲地線,但不要留有死的無用大面積銅箔。


3)、地線應構成環路,以防止產生高頻輻射噪聲,但環路面積不可過大,以免產生較大的感應電流。注意若爲低頻電路,則應避免地線環路。


4)、數字電源和模擬電源最好隔離,地線分開佈置,如果有A/D轉換電路,則只在儘量靠近該器件處單點接地。

模擬地與數字地(轉)

模擬電路涉及弱小信號,但是數字電路門限電平較高,對電源的要求就比模擬電路低些。既有數字電路又有模擬電路的系統中,數字電路產生的噪聲會影響模擬電路,使模擬電路的小信號指標變差,克服的辦法是分開模擬地和數字地。
對於低頻模擬電路,除了加粗和縮短地線之外,電路各部分採用一點接地是抑制地線干擾的最佳選擇,主要可以防止由於地線公共阻抗而導致的部件之間的互相干擾。
而對於高頻電路和數字電路,由於這時地線的電感效應影響會更大,一點接地會導致實際地線加長而帶來不利影響,這時應採取分開接地和一點接地相結合的方式。
另外對於高頻電路還要考慮如何抑制高頻輻射噪聲,方法是:儘量加粗地線,以降低噪聲對地阻抗;滿接地,即除傳輸信號的印製線以外,其他部分全作爲地線。不要有無用的大面積銅箔。
地線應構成環路,以防止產生高頻輻射噪聲,但環路所包圍面積不可過大,以免儀器處於強磁場中時,產生感應電流。但如果只是低頻電路,則應避免地線環路。數字電源和模擬電源最好隔離,地線分開佈置,如果有A/D,則只在此處單點共地。

低頻中沒有多大影響,但建議模擬和數字一點接地。高頻時,可通過磁珠把模擬和數字地一點共地。

如果把模擬地和數字地大面積直接相連,會導致互相干擾。不短接又不妥,理由如上有四種方法解決此問題∶1、用磁珠連接;2、用電容連接;3、用電感連接;4、用0歐姆電阻連接。

磁珠的等效電路相當於帶阻限波器,只對某個頻點的噪聲有顯着抑制作用,使用時需要預先估計噪點頻率,以便選用適當型號。對於頻率不確定或無法預知的情況,磁珠不合。
  電容隔直通交,造成浮地。
  電感體積大,雜散參數多,不穩定。
  0歐電阻相當於很窄的電流通路,能夠有效地限制環路電流,使噪聲得到抑

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