0歐電阻為什麼能把數字模擬混合電路中的地分開?
我還是感覺0歐電阻跟導線一樣,為什麼在數字模擬混合電路中兩個地之間連一個0歐電阻就分成了兩個網路,一些信號通過0歐電阻和通過導線不是一樣的嗎?0歐電阻和導線到底有什麼區別。
突然發現答案都改了一遍啊,但是我不打算改,一個字都不想動,沒意思,下次要辯論別人答案之前絕壁要截圖貼著。口亨!
6月21日更新:
畢業旅行中,打開知乎發現竟然過200贊了,在外裝比的答豬受寵若驚。
看評論說我放出的板子的問題,這張pcb是10年還是11年畫的,當時做電賽,全都是徒手腐蝕的板子(就是銅板熱轉印鹽酸雙氧水),所以制板規則相當不規範,為了方便徒手製作而已。性能還不錯,能上20M(好像),那坨歪歪斜斜的電阻電容是一個40M的切比雪夫濾波器,能滿性能跑(確定,測試的時候一大坨人圍著看)。
評論裡面還有鄰校校友黑我的,已經拉黑。看不慣別人在你們所謂的「專業」領域撒野的,耍嘴皮子是沒用的,努力提高自己的姿勢水平才是真的,工作了是騾子是馬拉出來溜溜再見真章。
以下為原文:
@魔子的答案說的並不準確,理由如下:
第一,0歐電阻並不是方便調試,我從來沒在調電路的時候把模擬地和數字地的連接斷開,這種不叫調試,這種叫故意燒板子。
第二,0歐電阻可以當導線使用,但是不能等效為導線。這點 @時偉說的很對,對於信號來講,0歐電阻的阻抗不為零。
第三,地線要不要進行分割都行,這點完全正確,具體要不要分割,需要根據信號特性來決定。但是EMC並不是什麼高深的理論,兩條原則就可以概括。
有些人說分割地沒有用,或者用處不明顯,我只能說在你應用的領域分割地的用處不大,或者是分割的時候沒有明白分割地的原則和實質,所以不分割比分割效果好。有空玩玩0.5uVpp 10MHz信號放大80dB增益的電路,分分鐘教你做人,教你什麼叫EMS和EMI,什麼叫波形爛到示波器都識別不出信號。
以下為私貨
EMC也就是電磁兼容,再設計電路時,一般EMC問題劃分為兩個具體問題:1.阻抗匹配 2.接地與屏蔽。
題主的問題是接地,今天就說說接地好了。
首先,什麼叫接地?
接地——為電路或系統提供零電勢參考平面,在系統和地之間建立低阻抗通路。
在電路中,需要迴流的信號有兩種,一種是信號,一種是干擾。要保證電路正常工作,則需要保證信號的乾淨,不被干擾所影響(接地與屏蔽),當然,也要不被自己所影響(阻抗匹配)。
明白這個電路基本點之後,現在說說一個信號迴流的概念,下面先看兩張圖,圖是在論壇裡面找的,如有不當,通知我刪除。
第一張是不同信號的迴流路徑對比,藍色的是地平面,紅色的是信號線,可以看到1kHz和100kHz是通過整個地平面進行迴流,而1MHz的信號,迴流則是在信號線下面。第二張和第三張就是放大圖。可以看到,隨著信號頻率的不同,信號的迴流路徑也發生了很大的變化。這裡要說一個極其重要的概念,趨膚效應,說白了就是信號會自動選擇低阻抗迴路進行迴流。
在頻率較低的時候,整個地平面的環路阻抗不明顯,所以信號會通過整個地平面進行迴流,但是當信號頻率逐漸升高的時候,地線阻抗效應就會體現出來,這時候,信號會自動選擇信號線的邊緣進行傳播,選擇緊鄰信號線的地環路進行迴流。
這也是為什麼,音頻電路不鋪大面積地,並且單點接地;1MHz-10Mhz的電路需要單點接地,並盡量保證地平面的完整;而射頻電路時常要把地線接成環形。
無論是信號還是干擾,都遵循從哪兒來,回哪兒去的道理,所以無論地線怎麼處理,都會為在信號迴流路徑上,盡量提高干擾迴流的阻抗,讓干擾選擇與信號迴流路徑截然不同的路徑進行迴流。
綜上所述
題主所說的0歐電阻(其實實際中用0歐電阻只是小信號數模混合電路中,分割信號地使用,大多數情況需要分割地的時候用的是鐵磁體),其作用在於提高雜訊信號在信號迴流路徑上的阻抗。而且時常我們在低於10Mhz的數模混合電路中,不是把數字地和模擬地用0歐電阻隔開,而是選擇把數字地和模擬地用0歐電阻或者鐵磁體接到電源地上,因為這個時候,只有電源地算得上「乾淨地」,模擬地和數字地都是帶雜訊的地。
下面這張板子的圖,總共有五塊地,分別為信號地,模擬地,數字地,電源地和時鐘地。題主可以試著找找看。
O(∩_∩)O~
最後,EE是一門學科,要用科學的態度去論證。大家都是講證據的嘛╮(╯▽╰)╭
以上
一個純電感,理想電阻值是0,那麼用它當0歐電阻是不是就把數字地和模擬地之間的高頻電流隔離了。
電感對於純直流電流導納無窮大,對於有各次諧波交流電流分量的高頻電流,導納隨頻率減小。
技術答,看完點贊,不贊畫圈圈詛咒
0歐姆電阻不是為了把數字地和模擬地分開,只是使模擬地和數字地進行電氣連接,因為模擬地和數字地畢竟屬於同一個網路,最終也還是要連在一起的。把數模地分開,只是工程師為了解決干擾的一種手段。用0歐姆電阻的方便之處就是它很容易拆卸,拆卸下來可以換其他的器件代替以觀察最終的效果進行對比,而導線不能拆卸。
限流這種觀點,其實不太贊同,0歐姆電阻有阻抗但畢竟 小,這得流過多大電流才起到限流作用?幾A?不現實吧,很多電路板達不到這個電流級別。反而有阻抗影響挺大吧,如果0歐電阻阻抗挺大,那在0歐姆上的電壓降產生共模干擾導致的問題不可忽視。
進行數字地和模擬地之間的隔離,其實是一門挺有技術含量的事,屬於EMC的範疇。我不太贊同一些工程師說的,只要是數模混合電路就必須對數字地和模擬地進行地的分割,然後用個磁珠或0歐姆電阻連起來。具體問題還得具體分析。
我見過很多電路板,採用統一地,也就是不對地分割,當然也就不存在用0歐電阻連接的問題,其EMC可以做得很好。反而一些採用了地分割的電路板,EMC很差。導致這種現象的原因是工程師對EMC本質的理解偏差。其實EMC很關鍵一點就是環流路徑最小化,如果進行地分割,就要非常注意,一旦信號線跨越地分割線,環流路徑必然增大,EMC性能變差。而採用統一地的電路板,事先必須對布局做足考慮,對電路模塊進行物理分區(不分割),保證模塊都有自己的迴路,就不會影響其他模塊,同時因為地沒有分割,保證了地的完整性。當然具體細節太多了,就不一一介紹。
分割做得好,確實可以做到較好的數模隔離,但是不做分割,EMC不一定差。凡事沒有絕對,沒有哪一種是絕對的好,只是要根據具體的情況決定倒是要不要分割,目的是為了EMC性能,分割只是一種手段,而手段可以多種。還是那句話具體問題具體分析。
以上(可能有點偏題了)
不請自來,@魔子和 @運算放大器都已經講到了幾個關鍵點並且分析得很到位,有圖有真相,在此我也不再贅述;
我也結合自己工作中接觸到的實際情況,簡明扼要地列舉一些0歐姆電阻用法:
1.在電路中沒實際作用,只是在pcb上為了調試方便或電磁兼容設計等
2.當跳線作用,如果某個線路不用,直接不焊接該電阻即可
3.在匹配電路參數不確定時,用0歐姆代替,實際調試時確定參數,再以具體阻值代替之
4.想測試某條線路的電流時,可以去掉0歐姆電阻,接上電流表,方便測試
5.在layout時,如果實在無法布通,可以加個0歐姆電阻(不建議使用)
6.在高頻信號電路中,當電感或電容。解決EMC問題。
7.單點接地
8.作熔絲
9.模擬地和數字地單點接地
10.有時產品上不要出現跳線和撥碼開關,有時客戶會手賤,引起錯誤,可用0歐代替
目前就想到這些~謝不邀~
從RF方面給個圖。DLC 0603_0歐電阻,網分測試數據如圖(將就看吧),看S21參數,妥妥的直通,用它是濾不了啥了。
以0歐連接模擬數字地主要為了區分網路,劃分網路方便限制迴流。0歐電阻那點阻抗基本忽略不計。
倒是模擬數字地之間,以磁珠或者電感連接我認為在非同一電源提供的情況下是可以的。而共地的情況下,特別是模擬數字混合IC的數字部分存在高電流分開接地的情況下以磁珠和電感連接模擬數字地就是作死。磁珠和電感的高頻阻抗會導致模擬數字地出現大量壓差,然後很容易出現spike,打壞晶元。個人lay過一塊使用了0Ω電阻的PCB,
一塊陀螺儀的板子,有兩個GND,一個是正常的GND,另一個是專門給gyro用的GyroGND。
考慮用兩個GND的原因是因為板子比較小,各種通信介面和晶元都和gyro模塊堆在一起,於是覺得分成兩個GND會減少一些gyro讀數上的noise
但其實上發現不用這樣做,因為是那幫寫程序的沒寫好程序,後來程序改好了noise也沒了。
加了一個0Ω的原因也只是為了做layout的時候方便polygon(鋪銅),
因為電阻兩端的電線會算作不同的網路。
GyroGND的polygon:
GND的polygon:
GND的polygon:一個是網格鋪,一個是全鋪,可以看到很明顯的分界線。
在遠處用一個0Ω的電阻隔開:如果不用0Ω的電阻隔開而想著lay成兩塊GND的話,
鋪銅的時候會悲劇的,軟體會給你鋪到一起去………………
所以按照個人現在的經驗來看,在GND網路上加上0Ω的電阻只是為了把GND分成不同的區域,方便lay板,對降噪本身可能並沒有太顯著的影響。
算是給出了樓上回答的一個例子吧。
如果直接用導線連接,會通過很大的電流,兩邊的信號會互相干擾。並且在PCB布線時,很難將兩種地區分開。
0歐電阻可以很好的解決這個問題,它提供了一個很窄的電流通路 並且可以有效區分模擬地和數字地,利於單點接地的實現。其實0歐電阻也是存在阻抗的,因此可以限制電流。一般都是用磁珠分開,用0歐電阻是以訛傳訛的做法。
之前設計電路的時候,參考過的資料如下:
Texas Instruments http://www.ti.com/lit/an/slyt499/slyt499.pdf
http://www.ti.com/lit/an/slyt512/slyt512.pdf
http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf
還有個學術點的:
Impact of analog/digital ground design on circuit functionality and radiated EMI (PDF Download Available)
不過當時怕出錯,所以還是按照上面的資料進行了數字模擬地分割。
當然最終焊電路的時候,買的0歐姆電阻沒用上,因為實測發現不是0歐姆,所以最後直接用焊錫連上了。
當然最終焊電路的時候,買的0歐姆電阻沒用上,因為實測發現不是0歐姆,所以最後直接用焊錫連上了。後來設計的另外兩塊電路也都考慮了數字模擬地分割。
決定分階段補充一下這個答案。
分割地大概是數模混合電路設計裡面最人云亦云以訛傳訛的一件事情了.
這篇文章寫得不錯: http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf
一句話說,設計電路時,首先要保證信號按正確的迴流路徑迴流,其次才是保證干擾不按錯誤的迴流路徑迴流。如果這個順序搞錯了,就會紗網補網兜,越補漏洞越多。
學習啦!!!
最重要的一個原則:讓干擾信號比正常信號難過^_^
接地的幾個方法有
磁珠:只能濾除特定頻率處,因此需要提前知道干擾信號的頻率,這個不現實。PASS
電感:體積大再加上上面的分布參數都不確定.PASS
0歐電阻:真正踐行的「單點接地」的社會主義核心價值觀^_^,直流的信號電阻基本為零,干擾的信號都有阻抗。相當於一條窄路,干擾信號就不要從這裡走啦,干擾信號們大家都知道要走大道,舒服嘛。還能讓模擬地和數字地牽個手,何樂而不為呢~
PS:鋪銅的作用除了EMC、散熱、強度增加之外,還有就是對正常的迴流信號阻抗變小了,地的電壓更接近0了,對干擾信號來說,沒變。詳情可以看高票答案的圖。
數字地會有高頻地雜訊,地隔離隔離的是高頻雜訊,同時保證地電平。連接應該用若干:
1磁珠:低頻接近0歐電阻,高頻則會出現阻抗。
2電感?:據說會有危險,可能打壞低壓器件。不推薦。
3兩個肖特基二極體背對背連接,保護電源插拔等造成的地平面見直流電壓。
直接用0歐電阻的做法比較常見但並不規範。模擬部分對雜訊不敏感可以這麼干。
其實就是隔離,電阻有電感特性。把兩個地隔離起來是為了讓兩個地之間的干擾信號不相互影響。電路中導線必定產生輻射和文波等干擾。兩個地的隔離方法根據頻率不同可以採用不同方法。常用的有單點接地法,採用0歐電路隔離,採用電感隔離和電容隔離等方法。
我們剛做課設就用到這個了,並不是特別理解,但聽大神說是因為數字地和模擬地之間容易互相干擾,所以制板子錢先把它們當作兩個地畫,之後用0歐電阻將它們連在一起確保只有一個地…不知這麼簡單的回答題主滿意不…(第一次答問題還有些小激動哈哈)
用0歐確實是分不開的,不過真的有限流的作用。說實話我有時候畫個0歐純粹是為了當跳線用的
很多時候直接用PCB上的細導線做不同地之間的連接,0歐姆做分割地的連接並不好,因為電阻焊接有問題或者大電流迴路過流的時候,燒斷電阻兩種地就沒連接了。當然,多放幾個不同位置的0歐姆調試就很靈活。
一句話,電阻為零,阻抗不為零,可以衰減高頻干擾。
對於低頻信號,個人覺得分地並沒有多大的作用。
我的做法是用磁珠分開
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