数字对模拟的影响可以分为以下两种情况:
1、串扰:通过数字与模拟信号线间的分布参数相互影响,不过这个问题至少目前已经不是很突出了,因为大家都知道数字信号要布置在数字区域,模拟信号要布置在模拟区域,空间上都已经做了隔离,因此风险也减少了。
2、共阻抗耦合:数字信号与模拟信号供地时,由于地线在高频时存在一定的阻抗,因此数字信号回流流过时将产生一个压降,这就是共模电压源。此时,如果共模电流流经模拟区域,在模拟区域地上产生压降,这个电压如果叠加在模拟信号上,便会影响模拟信号,这就是数模共阻抗干扰的机理。
根据对共阻抗耦合的原因分析,解决办法如下:
A、降低GND阻抗,降低共模电压源;
B、避免数字GND产生的共模电流流经模拟区域。
对于降低GND阻抗,极端点的阻抗为零,此时即使数字信号回流流过,也不会产生共模电压源,因此,也不会影响模拟信号。但是,实际情况是不做不到GND零阻抗的,唯一的手段就是使其无限制的降低,如使用GND平面、GND平面减少分割、GND平面长宽比小于3等等。
对于使数字地产生的共模电流不流经模拟区域,数模分割启示就是这个初衷。但实际情况是,有很多的案例都对数字与模拟进行了分割,但仍然不能解决数字对模拟的干扰。在此,需要郑重强调一点,如果只想通过数模分割就解决数字对模拟的影响,是不见树木不见森林的错误做法。数模分割需要从系统架构上做深度分析,比如塑料或金属机箱、系统接地点、模拟区域有无I/O线缆等等。
例如对于塑料机箱,如果模拟区域有I/O电缆,此时数字模拟分割不一定能解决问题。因为数字信号在GND上产生的共模噪声会因为I/O电缆与参考接地平板的分布参数形成环路,此时共模电流也将流经模拟区域,所以这种分割存在很大的风险。
对于金属外壳的产品,因为单板需要接地,因此重点需要关注接地点,即接地点的设置要避免数字区域共模电流流经模拟区域。对于模拟区域无I/O的线缆的情况,在进行数字与模拟分割后,可以在A/D芯片数字与模拟GND上设置接地点,避免数字区域的共模电流流经模拟区域。但对于模拟区域有I/O线缆的情况,因为线缆对地的分布参数,因此,存在共模电流流经模拟区域的风险,此时还需要充分考虑I/O线缆的长度,如音频耳机线因为比较短,可能分割后风险不大,但是,如果线缆很长的情况下,即使风格也有很大的风险。
任何事物没有绝对正确性,数模分割同样如此,如果涉及不好,会产生负面效果,比如跨分割布线等等。另外,高频时即使分割了,分割之间存在分布参数,因此,也不能形成完全意义上的分割。初学者或对EMC一知半解的工程师,如果对数模风格把握不准,建议尽量少分割或干脆不分割,以保证GND平面完整,降低GND平面阻抗,同样可以减小数字对模拟干扰的风险。