電路接地與供電模塊原理解析（一）

        隨著電子產(chǎn)品尺寸變得越來越緊湊、功能越來越強(qiáng)大、用途更加廣泛，*終的系統(tǒng)級要求，以及移動和固定設(shè)備的復(fù)雜性也變得日益突出。這種復(fù)雜性來源于要求在模擬和數(shù)字電路之間實(shí)現(xiàn)無線和有線的互連，需要系統(tǒng)工程師使用多個電源軌和混合電路設(shè)計。具有模擬和數(shù)字信號的電路一般傾向于設(shè)置幾個接地參考，這樣經(jīng)常導(dǎo)致電路雜亂無章，設(shè)計目的無法實(shí)現(xiàn)，表面上看上去很可靠的方案卻*終成為故障之源。這里將重點(diǎn)放在理解電路的需求和預(yù)先規(guī)劃*終的系統(tǒng)，因為這兩個步驟的結(jié)果是有效地把圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)?終的印刷電路板。在設(shè)計階段花一些時間從電流路徑和噪聲敏感性的角度來考慮一個復(fù)雜系統(tǒng)的每個功能模塊，然后根據(jù)電流總是在一個循環(huán)回路中流動的簡單公理來設(shè)置這些模塊及供電電路，這樣當(dāng)今系統(tǒng)工程師所面對的復(fù)雜電路*可以分解為許多可管理的部分，以便實(shí)現(xiàn)*終的可靠設(shè)計。

簡單電路的電源和接地分析
        為了證明該理論，讓我們來看一個簡單的電路并考慮所示的連接。該基本電路包括三個要素，一個低壓差（LDO）線性調(diào)節(jié)器，一個微處理USB 數(shù)據(jù)線接到音頻驅(qū)動器，和一個揚(yáng)聲器，所有這些都由一個連接到某個計算主機(jī)的USB插頭供電。在本例中，USB到音頻驅(qū)動器必須用3.3V供電。由于揚(yáng)聲器采用音頻驅(qū)動器的輸出供電，所以音頻輸入驅(qū)動器需要+3.3V LDO，其由USB連接器供電（+5V），這似乎可以得到一個顯而易見的結(jié)論，即可將它們放置在圖1（a）原理圖所示的位置。但是，在這種框架下，驅(qū)動揚(yáng)聲器工作的電流在返回到電流源驅(qū)動器時會產(chǎn)生一個電壓反彈，該電壓反彈會反過來作用于LDO并*終影響到USB 連接器。在本例中，把USB數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為音樂的基準(zhǔn)電壓會以音樂播放的速率反彈。由于揚(yáng)聲器電感所產(chǎn)生的相移會增大誤差，這將和由于電流提升產(chǎn)生的高音量混合在一起。電壓反彈也將導(dǎo)致紋波出現(xiàn)，這將降低揚(yáng)聲器發(fā)出的音質(zhì)。

        這將減少到達(dá)DC的紋波，之后電流只引起電壓降，并且不會隨時間而變化很多（上面等式中的Δt應(yīng)該被視為可聽頻率12~14kHz的平均值）。通過在各IC之間使用較寬的電源和GND連接來限制由歐姆定律所得到的電壓降值（電流與電阻的乘積），可控制誤差的大小。

        GND和電源線的寬度應(yīng)當(dāng)根據(jù)可接受的損耗來確定。對于典型的1盎司銅印刷電路板，其電阻可以估算大約為每平方0.5mΩ。由于此問題不能總是通過添加電容去緩解，而應(yīng)該采用圖 1（b）中的方案來從根本上解決。LDO是放在音頻驅(qū)動IC的上方，可以使立體聲電流回路避免了敏感的音頻驅(qū)動GND，這樣產(chǎn)生的GND電壓反彈不會影響音頻驅(qū)動，只有小的紋波干擾出現(xiàn)。