混合地设计在5.4系统中的应用优化

数字控制系统总是会需要混合设备，如A-D转换器和D-A转换器，它们与DSP连接，出现了数字地和模拟地两个零等电位。如何将这两个地有效地连接在一起，如何对数字控制系统中的混合地进行设计一直成为人们备受关注的问题之一。可以这样认为，一个良好的混合地设计通常是数字控制系统成功实现的必要环节之一。

混合地设计通常的方法如图5-22所示。它把印制电路板（PCB）的地分成模拟地AGND和数字地DGND，用最短的铜线将混合设备的AGND引脚和DGND引脚接在一起，这一点星形接地系统把分开的地信号统一起来。

图5-22 单混合器件的地设计原理

这种方法一般用在单板PCB和适合单个A-D器件或者D-A器件设计中。对于有多个PCB的系统显然不是最佳的。这是因为在不同PCB中有多个A-D器件或者D-A器件，或者同一个PCB中有多个A-D器件或者D-A器件，按照图5-22的所示方法，就会有多个连接点，如图5-23所示，这些点很有可能对地形成地回路，而不再是单点接地。

图5-23 多点接地的结果

为了解决上述问题，采用图5-24所示的方法设计，该方法适合的混合设备需要低电流特性。

图5-24 低电流特性的多混合器件的地设计原理

由于混合器件是低电流，模拟地受到数字电流的影响是微小的，可以把混合设备看作是一个模拟元件设计，它的DGND引脚引入模拟地。这种情况，数字电源是不会直接连到模拟电源上的，U_D需要通过耦合电容，直接引入数字地，同时在它与U_A之间需要串联滤波器。(https://www.xing528.com)

放置一个缓冲寄存器的目的是隔离混合设备的输出，使得数据总线不受其噪声干扰。在混合设备输出和缓冲寄存器之间串入电阻R，以降低瞬态电流对数字转换的影响。

模拟地与数字地之间由于存在噪声会有一定的微小电压差U_N，通常这个电压差是不会造成危害的，除非超过了一定值，这个电压差通常都非常小，大约有几百毫伏，准确值能够从器件手册中查到。为了避免这种情况发生，两者之间用一对反并联的肖特基二极管连接在一起，肖特基二极管的作用是削弱两者之间的这个压差。

最后，把模拟地AGND和数字地DGND连接到星形接地系统，如图5-25所示。图中多个模拟地A和多个数字地D分别接到模拟地层和数字地层，两个地层最终再汇聚到一点，即星形连接系统，为了尽可能地降低电阻和电感特性，这个汇聚点通常由母线排，或者是宽的铜线构成。最终，仅有这个星形地与电源构成回路。

图5-25 混合地的星形接地系统原理结构

对于另外一些混合设备，例如∑-Δ型的A-D器件，或者DSP内部A-D设备，通常具有较大电流的特性，因此会带来更大的噪声，如果仍是按照图5-24设计，由于U_D与模拟地A之间的电容不能选用超大容值进行耦合，数字电流会流向模拟地，影响转换。

出于这种情况下，数字电流流入模拟地带来的影响是很难预计得到的，建议采用图5-26所示的方法设计具有大电流特性的混合器件的多板系统。

图5-26 大电流特性的多混合器件的地设计原理

它的设计原理类似于图5-22，混合器件的AGND引脚引入模拟地，而DGND引脚引入数字地。这样，数字部分与模拟部分互不受影响，因而得到了很好的隔离。两者之间的噪声只产生在器件引脚AGND与DGND之间，因此在模拟地与数字地之间可以用反并联的肖特基二极管，或者是磁珠将其连接在一起。需要注意的是，磁珠的使用会受到应用系统的限制，它通常不适合出现在高分辨率系统中。