數(shù)字地和模擬地的區(qū)別？

數(shù)字地又叫邏輯地，是用于連接所有數(shù)字電路元件的地線，比如CPU芯片、TTL或CMOS芯片等數(shù)字邏輯電路的地。

模擬地是模擬電路的零電位參考點(diǎn)，比如運(yùn)放的地。

1.數(shù)字電路一般只有兩種電平狀態(tài)“0”和“1”，即低電平和高電平。由于數(shù)字芯片在工作時(shí)常常處在0和1變化之中，有時(shí)候這種變化速度還很快，因此數(shù)字芯片的供電電流也是波動(dòng)的。

下圖為數(shù)字電路工作時(shí)，數(shù)字地上的電位波動(dòng)原因。

圖右邊給數(shù)字芯片供電的電源地為干凈的地平面，即電位基本為0V，而且波動(dòng)也很小。由于圖中左側(cè)的數(shù)字芯片MCU在工作時(shí)，供電電流是隨機(jī)變化的，隨機(jī)變化的電流又通過(guò)芯片的數(shù)字地管腳通過(guò)數(shù)字地平面回流到電源的地。在這個(gè)過(guò)程中，由于數(shù)字地平面的電阻不完全為0Ω。因此，隨機(jī)變化的芯片工作電流在地平面上會(huì)有壓降，導(dǎo)致數(shù)字芯片的地管腳處的地電位比0V高，且是隨機(jī)變化的。圖中的黃色越深代表電位越高，顏色越淺，代表電位越低。

總的來(lái)說(shuō)，就是數(shù)字芯片的工作電流是波動(dòng)的，這個(gè)波動(dòng)的工作電流從數(shù)字芯片的地管腳回流到電源的地時(shí)，波動(dòng)的電流會(huì)經(jīng)過(guò)地平面，而地平面是有電阻存在的，因此就會(huì)在地平面上產(chǎn)生壓降。數(shù)字芯片的地管腳到電源的地距離越遠(yuǎn)，壓降就會(huì)越大。

很多時(shí)候，數(shù)字地管腳處的這種電壓波動(dòng)對(duì)于數(shù)字系統(tǒng)一般不會(huì)產(chǎn)生影響。數(shù)字電路的低電平和高電平一般都有一個(gè)電壓范圍，比如下圖所示的開關(guān)。其高電平范圍為≥2.4V，低電平范圍為≤0.8V，因此對(duì)于電壓噪聲有一定的容忍度。

2地電位的波動(dòng)對(duì)模擬系統(tǒng)的影響

對(duì)于一個(gè)模擬電路系統(tǒng)，地電位的隨機(jī)波動(dòng)是可接受的，各點(diǎn)的地電位波動(dòng)幅度不一樣需要特別注意。比如下圖所示的運(yùn)放電路中，由于運(yùn)放的接地點(diǎn)和輸入信號(hào)的接地點(diǎn)之間的距離很短，因此兩者之間的地平面電阻很小，壓降也很小，因此兩者的接地點(diǎn)的地電位就可以保持相同的波動(dòng)。

當(dāng)兩點(diǎn)的地電位存在相同的波動(dòng)時(shí)，由于運(yùn)放放大的是兩者的差值，又因?yàn)閮牲c(diǎn)的波動(dòng)相同，因此差值是固定的，因此，電路的輸出并不會(huì)受到很大的影響。但如果兩點(diǎn)的地電位差值很大，那么這個(gè)差值就會(huì)被系統(tǒng)放大，從而疊加到輸出中，使系統(tǒng)的輸出不再干凈。

 

3 同一個(gè)PCB中同時(shí)存在數(shù)字地和模擬地時(shí)，該怎么連線呢？

很多時(shí)候，我們遇到的電路既有數(shù)字電路，也有模擬電路。這個(gè)時(shí)候就需要將數(shù)字地和模擬地連接起來(lái)，一個(gè)系統(tǒng)必須只有一個(gè)公共的地系統(tǒng)才可以正常的工作。一切的信號(hào)都要回流到這個(gè)公共地。我們應(yīng)該養(yǎng)成這樣的習(xí)慣，把所有需要接地的連線都看成是“回流線”。所有的回流線都應(yīng)該在某一點(diǎn)連接起來(lái)，這個(gè)連接點(diǎn)叫做系統(tǒng)地。很多時(shí)候這個(gè)系統(tǒng)地是設(shè)備的金屬底板。我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，必須避免因多次與金屬底板連接而引起地線環(huán)流。保證底板上只有一個(gè)連接點(diǎn)，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最困難的地方。如果有可能，應(yīng)該對(duì)每一條回流線提供一條獨(dú)立的插頭引線，然后把這些回流線再連接到系統(tǒng)地。

但對(duì)于ADC或者DAC來(lái)說(shuō)，芯片的封裝會(huì)同時(shí)引出數(shù)字地和模擬地，這兩個(gè)地都應(yīng)該接到模擬地平面。數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字地和模擬地本來(lái)是可以在芯片內(nèi)部完成連接的，但在一般的芯片內(nèi)部，由于空間太小，無(wú)法使這兩點(diǎn)的連接獲得足夠小的阻抗，所以，芯片設(shè)計(jì)者希望使用者在使用時(shí)，在芯片的外部為這兩者提供一個(gè)低阻抗的連接。如果不這樣做，轉(zhuǎn)換器的性能將會(huì)變差。

這個(gè)時(shí)候，正確的做法是：布局時(shí)盡量將數(shù)字電路和模擬電路分開，然后在它們分界的地方用短接線或者0Ω的電阻將數(shù)字地和模擬地單點(diǎn)連接起來(lái)。當(dāng)然，數(shù)字地和模擬地更不能不連接起來(lái)，一個(gè)系統(tǒng)必須有相同的0V電位參考點(diǎn)才能正常工作。

由于數(shù)字系統(tǒng)的地和模擬系統(tǒng)的地只進(jìn)行了單點(diǎn)連接，因此數(shù)字芯片變化的電流回到地的路徑就不會(huì)經(jīng)過(guò)模擬系統(tǒng)。