電源返回路徑與I/O信號接地

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電源返回路徑與I/O信號接地

一、板間接口信號

有一類信號我們還沒有討論到，那就是在某個裝置中從一塊電路板傳送到另一塊電路板的那些信號。一般這些信號是已經處理過的數字控制信號或模擬信號，因此電平不會很低，不容易受地噪聲的影響，電流也不會太高而產生顯著的噪聲。為了全面地考察地回路，這些信號不應該被遺漏：問題是，對它們要做些什么？
答案通常是什么也不做。如果板間信號明確不包含地回路，那么信號返回電流必須沿電源適配器連線流動，因此接口將承受這些線上存在的所有地注入噪聲Vn(圖1.12)。

圖1.12 板間的地噪聲
不過如果你的接地方案是經過深思熟慮的，那么這些噪聲可能還不足以影響接口的工作。例如，100mV的噪聲串行注入到噪聲余量為1V的CMOS邏輯接口是沒有直接影響的。或者，交流噪聲注入到接口輸入端采用了很好濾波的直流模擬信號也是可以忍受的。

二、分割信號回路

偶然會有長距離地回路的情況，這對接口是不太好的。典型情況有：
· 當傳送的是高速數字信號，而地回路又具有太大電感時，將導致信號過渡處發生振鈴；
· 當連接的是不能忍受注入噪聲的精密模擬信號或低電壓直流差分信號時。
如果你試圖為感興趣的信號提供局部板間地線來解決這些問題的話，你可以需要冒為電源適配器返回電流提供另一條路徑的風險，從而達不到局部地線的目的。只有一部分電源適配器返回電流將在本地鏈路中流動(圖1.13)，具體比例取決于相關阻抗，你可能會退回到起點。

圖1.13 經過板間鏈路的電源適配器返回電流
如果你真的需要局部信號回路，但地返回電流用起來又有麻煩，那么你可以采用下面兩種方法：
· 將接口輸入側的地回路(圖1.14)和PCB上的其它地分割開來。這樣做可以具有將板內的地噪聲注入點移到輸入緩沖器之后的效果，從而達到你的目的。這種方案在實施時需要在空隙X-X中放置一個幾歐姆的“阻塞”電阻。這樣可以阻止直流地的電流流動，因為它的阻抗相對高于正確地路徑的阻抗，但它在高頻時能有效地將輸入緩沖器連接到其父地，如果板間鏈路斷開時能夠防止它懸浮。

· 在接口處使用差分連接。這時的信號電流是平衡的，不需要地回路。任何地噪聲都以共模方式注入，并被輸入緩沖器所抵消。當高速或低電平信號必須相隔一定距離通信時，這種技術很常見，對于板間電平信號來說這種技術也是適用的。當然，這種技術比典型的單端接口要昂貴，因為它需要專門的緩沖驅動器和接收器。

圖1.14 分割地回路

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| 發布時間：2018.06.20 來源：電源適配器廠家

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