¿Por qué es necesario distinguir entre tierra analógica y tierra digital en el diseño de circuitos?
Los circuitos de la unidad sensora que diseñamos habitualmente incluyen tanto circuitos de procesamiento de señal digital (como un microcontrolador) como circuitos analógicos (incluido el sensor frontal y su amplificación de señal). En resumen, la tierra digital es el terminal de referencia común para los circuitos digitales, es decir, el terminal de referencia para las señales de voltaje digitales; la tierra analógica es el terminal de referencia común para los circuitos analógicos, el terminal de referencia de voltaje (punto de potencial cero) para las señales analógicas.
Dado que las señales digitales suelen ser ondas rectangulares con un gran número de armónicos, si la tierra digital y la tierra analógica en la placa de circuito impreso no están separadas en el punto de conexión, los armónicos de la señal digital pueden interferir fácilmente con la forma de onda de la señal analógica. Cuando la señal analógica es de alta frecuencia o alto voltaje, también afectará al funcionamiento normal del circuito digital. Los circuitos analógicos manejan señales débiles, pero los circuitos digitales tienen umbrales de señal más altos, por lo que sus requisitos de alimentación son menores. En sistemas con circuitos tanto digitales como analógicos, el ruido generado por los circuitos digitales puede afectar a los analógicos, degradando su rendimiento con señales débiles. Para garantizar la integridad de la señal y evitar la interferencia mutua, la tierra analógica y la tierra digital deben estar separadas.
En el diseño esquemático, el plano de tierra del área digital se denomina DGND, y el del área analógica, AGND. En el diseño de la placa de circuito impreso (PCB), el plano de tierra se divide en tierra digital y tierra analógica, con una gran distancia entre ellas. Ambas deben conectarse a tierra en un único punto, ya sea directamente o mediante el aislamiento de componentes.
1. Conexión directa. Como se muestra en la Figura 1, ambos componentes se conectan en un único punto mediante una lámina ancha de cobre. Este método es adecuado para sistemas de baja frecuencia o sistemas que no son sensibles al ruido.
2. Conexión de aislamiento de componentes. Como se muestra en la Figura 2, este método de conexión utiliza una perla de ferrita o una resistencia de 0 ohmios para conectar los componentes. Este es un método de conexión primario. El circuito equivalente de una perla de ferrita es similar a un filtro de rechazo de banda, que suprime el ruido solo en una frecuencia específica. Si se conoce el rango de frecuencia del ruido, una perla de ferrita es la mejor opción. Una resistencia de 0 ohmios actúa como una trayectoria de corriente muy estrecha, limitando eficazmente la corriente del bucle y suprimiendo el ruido. Las resistencias tienen efectos de atenuación en todas las bandas de frecuencia (incluso una resistencia de 0 ohmios tiene impedancia), por lo que una resistencia de 0 ohmios es la mejor opción cuando se desconoce el rango de frecuencia del ruido.
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