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实现数据转换器的接地并解开“AGND”和 “DGND”的谜团

2018年01月12日 09:23 次阅读

目前的信号处理系统一般需要混合信号器件,例如模数转换器(ADC)、数模转换器(DAC)和快速数字信号处理器(DSP)。由于需要处理宽动态范围的模拟信号,因此拥有高性能ADC和DAC显得更加重要。在恶劣的数字环境内,能否保持宽动态范围和低噪声与采用良好的高速电路设计技术密切相关,包括适当的信号路由、去耦和接地。

过去,一般认为“高精度、低速”电路与所谓的“高速”电路有所不同。对于ADC和DAC,采样(或更新)频率一般用作区分速度标准。不过,以下两个示例显示,实际操作中,目前大多数信号处理IC真正实现了“高速”,因此必须作为此类器件来对待,才能保持高性能。DSP、ADC和DAC均是如此。

所有适合信号处理应用的采样ADC(内置采样保持电路的ADC)均采用具有快速上升和下降时间(一般为数纳秒)的高速时钟工作,即使吞吐量看似较低也必须视为高速器件。例如,中速12位逐次逼近型(SAR) ADC可采用10 MHz内部时钟工作,而采样速率仅为500 kSPS。

Σ-Δ型ADC具有高过采样比,因此还需要高速时钟。即使是高分辨率、所谓的“低频”Σ-Δ工业测量ADC(吞吐速率10 Hz至7.5 kHz)也采用5 MHz或更高时钟工作,并且提供高达24位的分辨率(例如ADI公司的AD77xx系列)。

更复杂的是,混合信号IC具有模拟和数字两种端口,因此如何使用适当的接地技术就更加茫然。此外,某些混合信号IC具有相对较低的数字电流,而另一些具有高数字电流。许多情况下,两种类型必须区分对待,才能实现最佳接地。

数字和模拟设计工程师倾向于从不同角度考察混合信号器件,本教程旨在确立适用于大多数混合信号器件的一般接地原则,而不必了解内部电路的具体细节。

接地层和电源层

保持低阻抗大面积接地层对目前所有的模拟和数字电路都很重要。接地层不仅用作去耦高频电流(源于快速数字逻辑)的低阻抗返回路径,还能将EMI/RFI辐射降至最低。由于接地层的屏蔽作用,电路受外部EMI/RFI的影响也会降低。

接地层还允许使用传输线路技术(微带线或带状线)传输高速数字或模拟信号,此类技术需要可控阻抗。

由于“母线(buss wire)”在大多数逻辑转换等效频率下具有阻抗,将其用作“地”完全不能接受。例如,#22标准导线具有约20 nH/英寸的电感。由逻辑信号产生的压摆率为10 mA/ns的瞬态电流,在此频率下流经1英寸该导线将形成200 mV的无用压降:

对于具有2 V峰峰值范围的信号,此压降会转化为约10%的误差(大约3.5位精度)。即使在全数字电路中,该误差也会大幅降低逻辑噪声裕量。

图1为数字返回电流调制模拟返回电流的典型情况(顶图)。接地返回导线电感和电阻由模拟和数字电路共享,这会造成相互影响,最终产生误差。一个可能的解决方案是让数字返回电流路径直接流向GND REF,如底图所示。这就是“星型”或单点接地系统的基本概念。在包含多个高频返回路径的系统中很难实现真正的单点接地,因为各返回电流导线的物理长度将引入寄生电阻和电感,所以获得低阻抗高频接地就很困难。实际操作中,电流回路必须由大面积接地层组成,以便实现高频电流下的低阻抗。如果无低阻抗接地层,则几乎不可能避免上述共享阻抗,特别是在高频下。

图1:流入模拟返回路径的数字电流产生误差电压

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发表于 2017-11-17 20:19 736次阅读
光伏逆变器制作

hdmi转vga转换器和转换线的区别

HDMI转VGA相关产品被广泛运用于日常工作中,包括视频会议、家庭娱乐、电教化系统等场合。深圳市绿联...

发表于 2017-11-17 17:59 634次阅读
hdmi转vga转换器和转换线的区别

vga转hdmi转换器连接使用方法解析

HDMI是的缩写,意思是高清晰度多媒体接口,是一种数字化视频/音频接口技术,适合影像传输的专用型数字...

发表于 2017-11-17 17:48 1032次阅读
vga转hdmi转换器连接使用方法解析

观察噪声频谱密度在目标频段内分布以便选择最合适的...

不断丰富的高速和极高速ADC以及数字处理产品正使过采样成为宽带和射频系统的实用架构方法。半导体技术进...

发表于 2017-11-16 20:41 192次阅读
观察噪声频谱密度在目标频段内分布以便选择最合适的...

同步多个GSPS转换器的测试方法分析以及结果对比

多个转换器的同步可用于此类应用,例如雷达、电子战(EW)、超声、以及使用数字波束成形技术以便处理一大...

发表于 2017-11-16 19:03 255次阅读
同步多个GSPS转换器的测试方法分析以及结果对比

模数转换器时钟优化:测试工程观点

系统时钟优化可以提升系统的性能,但也颇具挑战性。为模数转换器设计抖动为350飞秒(fs)的编码电路是...

发表于 2017-11-16 17:42 332次阅读
模数转换器时钟优化:测试工程观点

ade7758与单片机连接电路

ADE77581是一款高准确度的三相电能计量芯片,带有两路脉冲输出功能和一个串行接口。ADE7758...

发表于 2017-11-16 17:18 243次阅读
ade7758与单片机连接电路

模数转换器系统受电源影响的4种保护措施

这里有四种您可采取的措施,能确保您的ADC不太容易受到电源变化和噪声的影响。 1、选择具有良好电源抑...

发表于 2017-11-16 16:25 58次阅读
模数转换器系统受电源影响的4种保护措施

高速转换器技术的进步对下一代无线通信系统设计的支...

无线通信网络正在迅猛发展。消费者对增强数据服务的需求日益增长,对带宽的使用率也在上升。新一代无线通信...

发表于 2017-11-16 16:00 133次阅读
高速转换器技术的进步对下一代无线通信系统设计的支...

多路复用数据采集系统构成和应用面临的挑战

工业过程控制、便携式医疗设备和自动化测试设备中使用的多路复用数据采集系统(DAS)需要更高的通道密度...

发表于 2017-11-15 15:39 115次阅读
多路复用数据采集系统构成和应用面临的挑战

adc0804操作方法

ADC0804是逐次比较型A/D转换器,它采用CMOS工艺20引脚集成芯片,分辨率为8位,转换时间1...

发表于 2017-11-12 10:37 636次阅读
adc0804操作方法

adc0804工作原理

集成A/D转换器品种繁多,选用时应综合考虑各种因素选取集成芯片。一般逐次比较型A/D转换器用的比较多...

发表于 2017-11-12 09:21 988次阅读
adc0804工作原理

电源管理IC的特性测试及方法

容性负载不容易高速驱动,根本原因在于电压变化产生的电流充电速度仅受等效串联电阻(ESR)的限制,而等...

发表于 2017-11-10 08:51 2126次阅读
电源管理IC的特性测试及方法

听键A1耳机蓝牙转换器小东西,瞬间让耳机有线变无...

无线耳机比较大的一个不足,可能是相对有线耳机来说会对音质造成一定的衰减,听键A1具有“音质补偿”的功...

发表于 2017-11-09 17:13 463次阅读
听键A1耳机蓝牙转换器小东西,瞬间让耳机有线变无...

基于ICL7107的数字电压表

随着科学技术的发展,数字电压表的种类越来越多,功能越来越丰富,当然应用的领域也越来越广泛,给人们的工...

发表于 2017-11-07 17:39 509次阅读
基于ICL7107的数字电压表

DAC0832的D/A转换

DAC0832它采用二次缓冲方式这样可以在输出的同时,采集下一个数字量,以提高转换速度。 而更重要的...

发表于 2017-11-06 17:16 421次阅读
DAC0832的D/A转换

一个高质量电源效率可以达到怎样的水平

能量转换系统必定存在能耗,虽然实际应用中无法获得100%的转换效率,但是,一个高质量的电源效率可以达...

发表于 2017-10-31 15:56 1402次阅读
一个高质量电源效率可以达到怎样的水平

使用PIC12F1501来创建数字控制升压电源

降压转换器的输入电压范围为 8 至 16V DC,输出端为 5V DC、2A 和 10W。代码大小1...

发表于 2017-10-31 10:59 1760次阅读
使用PIC12F1501来创建数字控制升压电源

结合数字方法对ADC信噪的测试

传统的动态测试方法是用高精度DAC来重建ADC输出信号,然后用模拟方法分析(如图1所示)。但这样的测...

发表于 2017-10-31 08:32 224次阅读
结合数字方法对ADC信噪的测试

ad637有效值检测电路

检测交流信号的有效值并以直流信号输出。设计要求尽量提高精确度,减小频率的影响。工作电压为正负5V的双...

发表于 2017-10-30 10:38 697次阅读
ad637有效值检测电路

模块化 DC/DC 转换器相较于分立解决方案的优...

复杂的现代电路通常包含大量元器件,例如微控制器、IC、DSP 和 FPGA 等。每个元器件均具有特定...

发表于 2017-10-24 17:18 1644次阅读
模块化 DC/DC 转换器相较于分立解决方案的优...