DGND-AGND问答.doc

Q: 我非常疑惑ADC器件上AGND管脚和DGND管脚的处理。你手册上说需要将AGND和DGND管脚连接在一起，但我并不想将ADC变成系统上星形地连接的节点。我该如何处理？A: 你的疑惑来自ADC地管脚的命名：AGND和DGND的管脚名称指的是器件内部的不同功能区域，而与外部的连接没有半毛钱关系。下面解释。 在ADC器件IC内部，有数字区域和模拟区域，通常地区域是分开的，目的是为了避免数字区域的噪声影响到模拟区。下图显示了ADC内部简单的模型。可以看到从内部GND到管脚GND中间有键合线带来的寄生电感和电阻，这些东西是不可避免的。当数字信号快速变化需要较大电流时，B点就会有电压的变化，而这个变化会通过数字区与模拟区的杂散电容CSTRAY耦合到芯片内部的模拟地上。当然，这个耦合也是不可避免的。芯片设计者的主要工作是将这些耦合做的尽量小，保证对模拟区的影响最小，器件可以在正常功能下工作。为了在芯片外部的这种耦合尽量小，就需要将AGND和DGND管脚连接在一起然后用最短引线连接到低阻抗的地平面。如果DGND连接到地的阻抗太大，噪声必然经过一系列耦合最终到达模拟区。模型虽然简单，但足以说明问题。Q: 明白了。我的板卡上同时存在 模拟地和 数字地，并且我之前的想法是将这两个平面在一个公共节点连接。这个公共节点选择为所有电源的返回路径，并且该节点最终连接到机框地上。但现在既然说需要将AGND和DGND连接在一起，我该怎么办？A: 如果你的系统上只有一个ADC器件，你可以把你的 数字地 和 模拟地 连接在ADC器件这里，那么星型节点就是这个ADC，但是这个方案并不可取。如果你的系统由多块PCB，并且每块PCB有多个ADC，那就更不能这样做了，因为模拟和数字地系统在每块板卡上都被连接在一起，形成一个接地环路（当两个电路和/或系统之间存在一个以上对地连接时就构成了接地环路）。Q: 我想我明白了，如果我需要将DGND和AGND管脚连接在一起，同时我的板卡上既有 模拟地 也有 数字地 ，我应该把连接在一起的管脚放置在 模拟地 区域，或者 数字地 区域，而不是都放置，对么？那我应该选择哪个区域呢，毕竟ADC属于模拟和数字混合的器件？A: 如果将DGND和AGND管脚连接到 数字地 ，你的模拟信号可能会参考到数字地，而受到噪声干扰。因为这些模拟信号一般都是单端的并且需要参考模拟地。Q: 因此，正确的答案应该是连接到模拟地，对吧？但是这样数字信号就会参考 模拟地 ，那会不会对我的模拟地造成不良影响？同时，我的数字信号的噪声裕量会不会降低，毕竟参考平面变为了 模拟地？在我的应用中，ADC的输出数字信号将连接到背板的一个三态总线上，并且这条总线上的信号噪声可能会比较大。A: 你已经理解到了正确的结论。但你担心的那两个问题事实上也没那么糟糕，他们是可以解决的。显而易见的，让一个几百mV的噪声去干扰数字信号，比去干扰一个模拟信号要好的多（比如一个量程10V，16bit的ADC，其LSB只有150uV！）。首先，DGND管脚的电流没有那么糟糕，否则他会首先降低内部的模拟部分电压。使用高Q，高频率的陶瓷电容，bypass ADC的电源到 模拟地，你可以在芯片周围很小范围内隔离这种电流的变化，也就是说数字信号的变化所需电流，对 模拟地 平面的影响很小。当然，数字信号的噪声裕量可能会受到影响，但对于LVCMOS信号来说，几百mV的噪声实在太有限了。如果ADC有ECL的输出接口，则可以在外部加器件完成单端转差分变化，差分信号的传输抗噪性能更好。最糟糕的事情是你说的要将ADC的输出接到一条背板总线上。将ADC的输出直接连接到一条噪声很大的总线上是很不明智的做法。总线噪声很可能会通过杂散电容（0.1-0.5pF）耦合到ADC的模拟输入。最好的方法是将ADC的输出经过一级驱动锁存输出，同时该驱动器靠近ADC放置。驱动锁存器连接到 数字地 区域。Q: 我知道了。但是为什么不把所有的ADC的地管脚都称作AGND呢？这样的话也省了前面那么多问题。A: 你说的可能有道理。但也有可能是检验员可能需要测量AGND和DGND管脚之间的电阻确认封装内部是否连通？同时，这也是一种传统的标注管脚的方式，我们标注的是芯片内部的实际功能，而不是我们应用时想看到的部分。Q: 好的。现在有一个可能会考验你的问题。我的同时设计的电路，就是将AGND管脚连接到 模拟地 ，DGND管脚连接到 数字地，并且工作也挺正常的，如何解释这个问题呢？A: 首先，在一段时间内没有发生的事情，并不意味着永远不会发生（墨菲定律）。一些ADC可能对于噪声并没那么敏感，可能你的同事偶然得到了这样的一个器件。从另一个方面解释，你的同事的工作状态良好的工作条件，并不是ADC的手册所能保证满足的。对于工作情况比较复杂的ADC来说，不可能对他的所有工作条件都做测试，尤其是那些我们并不推荐的工作模式。你的同事这次很幸运，但总有一天会被墨菲定律抓到。Q: 我认为我现在已经理解了ADC的地处理方案，那么对于DAC呢？A: 方法是一样的。AGND和DGND管脚连接在一起，并连接到 模拟地。 如果DAC没有输入锁存，那么驱动DAC的寄存器应该参考模拟地，目的是为了避免数字信号噪声耦合到模拟输出。Q: 对于混合信号的器件，比如包含了ADC，DAC，DSP的ADSP-21msp5O？A: 方法也是一样的。不能看做数字器件，而应像之前分析的那样处理。即使实际的采样率很低比如8ksps，但过采样频率还有1MHz。Q: 电源供电如何处理，采用数字电源和模拟电源分开，还是用一个电源？A: 这取决于你的数字电源有多少噪声。比如ADSP-21msp5O，需要的数字供电和模拟供电都是5V，如果你的5V数字电源足够干净，可以使用一个。但是去耦电容不可少。同时