高速电路设计系列分享-低频和高频接地

news2024/9/28 21:24:19

文章目录

    • 概要
    • 整体架构流程
    • 技术名词解释
    • 技术细节
    • 小结

概要

提示:这里可以添加技术概要

例如:

     在大多数电子系统中,降噪是一个重要设计问题。与功耗限制、环境温度变化、尺寸限制以及速度和精度要求一样.必须处理好无所不在的噪声因素,才能使最终设计获得成功。这里,我们不考虑用于降低“外部噪声”(与信号一起到达系统)的技术,因为其存在一般不受设计工程师直接控制;外部噪声必须通过滤波、模拟信号处理和数字算法等手段在系统的运行设计中予以处理。
      相比之下,防止“内部噪声”〈电路或系统内部产生或耦合的噪声)扰乱信号则是设计工程师的直接责任。如果不在早期设计过程中予以充分考虑,噪声源可能会对最终性能产生不利影响,阻碍系统高分辨率优势的实现;其后果至少是需要重新设计和返工,耗费大量资金。本文中,我们将讨论系统“接地”的原理图、拓扑结构和最终布局在降低内部噪声耦合方面的重要作用。
      为了充分考虑噪声问题,我们需要从多个方面入手:器件的实际内部引脚连接与概念连接;推荐的对地参考信号原理图;以及布局对噪声产生和拾取的影响。根据噪声现象的带宽不同,这些主题可以在两种有重叠的频域下加以考虑;低频时的地噪声源、问题和解决方案与高频时不同。不过幸运的是,良好的接地做法一般适用于所用频带。

整体架构流程

提示:这里可以添加技术整体架构

了解接地路径和信号路径。实现行之有效的设计电流沿着阻抗最小。而不仅是电阻最小的路径流动

技术名词解释

ADC:模拟数字转换器即A/D转换器,或简称ADC,通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的模数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义,仅仅表示一个相对大小。故任何一个模数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准,比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小 [1]  。

技术细节

提示:这里可以添加技术细节

1.放大器互联

关于运算放大器的许多文章一般都将理想运算放大器描述为三端器件:拥有一对差分输入和一路输出〈图1)。但是,输出电压必须相对于某一参考点来测量,放大器的输出电流必须通过一条闭合回路返回放大器。理想差分运算放大器的无限大共模抑制断绝了输入参考电位与输出参考电位的关系,而且高输入阻抗使得无法将输入端用作输出电流返回点,因此必须有第四端,有些人称之为“地”。

当然,多数IC运算放大器并没有“地”连接;一般认为第四端是双电源((也可能为其它放大器和系统元件供电〉的公共连接。它不仅在低频时起到这种作用,而且只要电源连接实际上为放大器提供低〈理想值为0〉阻抗.则在放大器带宽内的所有频率时,它都会起到这一作用。当此要求未得到满足时,电源端的阻抗就会影响信号路径,众多问题将随之而来,包括噪声、瞬态响应差和振荡等。
运算放大器必须输入完全差分信号,将此信号转换为单端输出,并以第四端作为参考。图2显示了几种颇受欢迎的基本运算放大器系列的实际信号流。放大器输出与负电源轨之间的大部分电压差会出现在积分器(用来控制开环频率响应)的补偿电容上。如果负电源电压突然改变,积分器放大器的输出将立即跟随其正输入。在典型闭环配置中,输入误差信号将尝试恢复输出,但恢复程度受限于积分器带宽。
这类放大器可能拥有出色的低频电源抑制性能,但高频负电源抑制却存在限制。由于导致输出恢复的是放大器的增益,因此,对于超过闭环带宽的信号.负电源抑制比接近零。结果是,高速高电平电路可以通过负电源线的公共阻抗与低电平电路交互。
建议的解决方案常常是“去耦”,在应用中既会存在一些错误的做法,也存在一些比较好的做法。可以用数厘米的导线将电源附近的去耦电容与运算放大器隔开.使它看起来像一个高0电感。然后将电容的另一端连到称为“地”的地方。

2.针对高频的接地

    一般提倡电源和信号电流最好通过“接地层”返回,而且该层还可为转换器.基准电压源和其它子电路提供参考节点。但是,即便广泛使用接地层也不能保证交流电路具有高质量接地参考。

小结

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例如:

   电源干扰是另一个值得关注的问题。电源线的特性阻抗(√LIC )。必须尽可能低。为使此比值较小,需要使接地层始终位于电源线下方,以便降低电感并提高电容。有选择地将旁路电容放在关键位置上,可以进一步提高电容,如上文所述。如果只顾及到电容,例如将0.1uF电容放在电源引脚上以降低其阻抗,则电感为30nH的电源线在每次瞬变之后将具有大约3MHz的阻尼振荡。

 

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