各位同行朋友們晚上好，我最近遇到了一個(gè)問(wèn)題，PCB板在布局的時(shí)候，電路中的模擬地(AGND)與數(shù)字地(DGND)到底是分開(kāi)在最后單點(diǎn)連接，還是不需要嚴(yán)格的區(qū)分？
我相信這個(gè)問(wèn)題肯定也困擾大家很久了，下面是我的一些總結(jié)和分享，希望能起到拋磚引玉的作用，對(duì)大家的設(shè)計(jì)起到幫助。
我們都知道PCB布局的時(shí)候需要遵循的Layout的規(guī)則比較多，這些規(guī)則的制定，其目的都是為了使產(chǎn)品的可靠性更好，性能更加。模擬地和數(shù)字地是否在布局的時(shí)候進(jìn)行區(qū)分，在電子行業(yè)也是老生常談的一個(gè)問(wèn)題，這不是剛好遇到這個(gè)問(wèn)題，趁此機(jī)會(huì)對(duì)這個(gè)問(wèn)題研究一下。
首先我比較好奇的是，為什么會(huì)有模擬地和數(shù)字地這兩個(gè)概念的出現(xiàn)？
目前在網(wǎng)上能找到的資料，基本上都是告訴你，有100種辦法可以讓你將二者分開(kāi)，而且支撐的理論也非常多，但是AGND和DGND什么時(shí)候被引入到電子行業(yè)的講解幾乎沒(méi)有！
經(jīng)過(guò)在網(wǎng)上查找資料，據(jù)說(shuō)區(qū)分AGND和DGND這兩個(gè)概念，最早出現(xiàn)在音頻ADC年代。可能是當(dāng)年前輩在做音頻設(shè)備的時(shí)候，由于音頻設(shè)備中模擬器件的地和數(shù)字器件的地沒(méi)有區(qū)分地，導(dǎo)致音頻設(shè)備的指標(biāo)一直達(dá)不到設(shè)計(jì)的值，最后分析的原因是：AGND和DGND在布局的時(shí)候沒(méi)有進(jìn)行區(qū)分。
從那時(shí)候開(kāi)始，就有了AGND和DGND這兩個(gè)名字。當(dāng)然，概念的出現(xiàn)，伴隨著也出現(xiàn)了非常多的相關(guān)理論來(lái)解釋這樣做的必要性。
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，電子設(shè)備出現(xiàn)的種類越來(lái)越多，產(chǎn)品的形態(tài)也越來(lái)越復(fù)雜，其中比較明顯的一個(gè)改變就是：信號(hào)從幾M上升到了幾百M(fèi)，低速的信號(hào)變成了高速信號(hào)。
由于模擬地和數(shù)字地的概念出現(xiàn)后，到了高速電路時(shí)代，按照以前的設(shè)計(jì)又出現(xiàn)了：隔離地出現(xiàn)問(wèn)題，不隔離地又正常的現(xiàn)象。
上圖是說(shuō)，LINEAR的FAE經(jīng)理說(shuō)在高速數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，不區(qū)分地反而更好。
在《哲學(xué)原理》里面馬克思說(shuō)過(guò)：事物的辯證發(fā)展從形式上看，是螺旋式上升或波浪式前進(jìn)，方向是前進(jìn)上升的，道路是迂回曲折的，是前進(jìn)性與曲折性的統(tǒng)一。同樣，我們對(duì)某一個(gè)知識(shí)的認(rèn)知，也不是一蹴而就，需要經(jīng)歷螺旋式上升的過(guò)程。
以前都認(rèn)為AGND和DGND區(qū)分開(kāi)對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是有好處，但是現(xiàn)在卻出現(xiàn)了問(wèn)題，為什么有的工程師在布局的時(shí)候要強(qiáng)調(diào)做區(qū)別，有的工程師在布局的時(shí)候又強(qiáng)調(diào)可以不做區(qū)分？
帶著上面這個(gè)問(wèn)題，我在“阿莫電子論壇”，針對(duì)模擬地和數(shù)字地關(guān)鍵詞進(jìn)行了搜索。
從搜索的結(jié)果看，差不多有121個(gè)相關(guān)的問(wèn)題都是在討論P(yáng)CB的“地”布局。
上面這個(gè)問(wèn)題樓主的提問(wèn)是：模擬地直接全部鋪銅好，還是直接連線好？
要解決這個(gè)問(wèn)題，必須先搞清楚，AGND和DGND有什么區(qū)別？
模擬地和數(shù)字地的信號(hào)最后都要回流到地，數(shù)字信號(hào)變化的速度快，在0與1之間翻轉(zhuǎn)的過(guò)程，其實(shí)是內(nèi)部的邏輯門(mén)電路的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)在隨之發(fā)生改變，這些改變就會(huì)引起電壓和電流的波動(dòng)。無(wú)論是dv/dt，還是di/dt的變化，在“地”上都會(huì)引起較大的噪聲。但是模擬信號(hào)是需要一個(gè)很干凈的地作為參考平面。
通俗的講就是：數(shù)字地就像是波濤洶涌的大海，而模擬地就像是風(fēng)平浪靜的小溪。
那針對(duì)上面模擬地怎么鋪銅的疑問(wèn)，答案肯定是只要是模擬地部分，可以使用一塊銅，作為模擬信號(hào)的整塊參考地。
上面這個(gè)樓主建議AGND和DGND不用進(jìn)行嚴(yán)格的區(qū)分，在四層板布局時(shí)，中間兩層專門(mén)拿出來(lái)當(dāng)參考層并且不區(qū)分，表層的走線打孔到參考層，不區(qū)分“地”自身阻抗低，“地”平面足夠大，能夠?qū)?shù)字信號(hào)產(chǎn)生的噪聲完全稀釋掉，從而看不到電壓的變化。
形象的理解就是，你往風(fēng)平浪靜的小溪中倒一杯水，小溪依舊是風(fēng)平浪靜。
但是這里有個(gè)疑問(wèn)？如果數(shù)字信號(hào)干擾比較強(qiáng)烈，參考層并沒(méi)有大到讓數(shù)字信號(hào)的噪聲淹沒(méi)在其中？也就是四層板可能剛好在這個(gè)項(xiàng)目上不試用，而需要八層板才能達(dá)到這個(gè)效果呢？
就在樓上說(shuō)完不用分地的時(shí)候， 下面一個(gè)NF的精密電源，在PCB板上電源輸入的地方進(jìn)行開(kāi)槽，Top層只鋪銅，不走線，在Bottom層只走線，不鋪銅。
開(kāi)槽的目的應(yīng)該是限制電源輸入點(diǎn)大電流回流路徑的方向，讓電流僅僅從開(kāi)槽的一邊回流。其實(shí)這有點(diǎn)像現(xiàn)在馬路上的機(jī)動(dòng)車和人行道一樣，使用一個(gè)柵欄區(qū)分開(kāi)。
但是下面這一塊馬蘭士的CD，數(shù)字IC芯片PCM1716的數(shù)字地和模擬地是沒(méi)有分開(kāi)的。
看了上面這些案例，其實(shí)還是不知道到底是區(qū)分AGND和DGND還是不區(qū)分。
既然這個(gè)問(wèn)題沒(méi)有一個(gè)確切的答案，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路的時(shí)候，可以根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)進(jìn)行選擇。找到一些資料，在后期可以在設(shè)計(jì)上參考參考。
上面的設(shè)計(jì)是參考的 Johnson, H., High-Speed Digital Design. Prentice Hall, 1993。
這個(gè)設(shè)計(jì)是參考的ADI的《GROUNDING IN MIXED SIGNAL SYSTEMSWalt Kester, James Bryant》。
說(shuō)到模擬地和數(shù)字地，有三個(gè)器件，必須要介紹一下它們的區(qū)別，在區(qū)分模擬地和數(shù)字地的時(shí)候，經(jīng)常用到——磁珠，0Ω電阻以及電感。
磁珠專用于抑制信號(hào)線、電源線上的高頻噪聲和尖峰干擾，還具有吸收靜電脈沖的能力。磁珠是用來(lái)吸收超高頻信號(hào)，像一些RF電路，PLL，振蕩電路，含超高頻存儲(chǔ)器電路（DDR，SDRAM，RAMBUS等）都需要在電源輸入部分加磁珠，
電感是一種蓄能元件，用在LC振蕩電路，中低頻的濾波電路等，其應(yīng)用頻率范圍很少超過(guò)50MHZ。 磁珠有很高的電阻率和磁導(dǎo)率，等效于電阻和電感串聯(lián)，但電阻值和電感值都隨頻率變化。
0歐姆電阻是阻值為0電阻，在它的身上不會(huì)產(chǎn)生功耗，經(jīng)常用來(lái)作單點(diǎn)隔離使用。
上述三種器件如果用在區(qū)分AGND和DGND上，要注意區(qū)分場(chǎng)合使用，特別是磁珠。用的好，電路某固定的噪聲可能確實(shí)被磁珠消耗吸收掉，但是用的不好，在磁珠上也會(huì)產(chǎn)生壓降，導(dǎo)致地平面存在電位差。
另外，磁珠是靠發(fā)熱，產(chǎn)生能量來(lái)消除噪聲，而電感和0Ω并不是，它們你靠的是濾波和物理單點(diǎn)隔離。
歡迎大家互動(dòng)交流，讓我們?cè)O(shè)計(jì)出更好的產(chǎn)品！
歡迎讀者朋友關(guān)注、收藏、分享和點(diǎn)贊，感謝支持！