这个电路怎么实现数字地和模拟地的分割的

Question

b站上的一个stm32的开发版的教程，这个电路怎么实现数字地和模拟地的分割的

Answer 1

下午好🌅🌅🌅
本答案参考通义千问

在硬件开发中，数字地（Digital Ground, DGND） 和 模拟地（Analog Ground, AGND） 的分割是一种常见的设计技巧，用于减少数字信号对模拟信号的干扰，提高系统的抗噪能力和测量精度。这种设计通常出现在包含 ADC（模数转换器）、DAC（数模转换器） 或 高精度传感器 的电路中。

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一、什么是数字地和模拟地？

• 数字地（DGND）：连接所有数字电路的参考地电位。
• 模拟地（AGND）：连接所有模拟电路的参考地电位，通常是高精度信号处理部分的参考点。

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二、为什么要进行数字地和模拟地的分割？

• 减少数字噪声对模拟信号的干扰。
• 提高 ADC 的精度和稳定性。
• 避免由于电流回路不同而产生的共模干扰。

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三、如何实现数字地和模拟地的分割？

1. 物理上分开两个地平面

• 在 PCB 设计中，将 数字地 和 模拟地 分成两个独立的区域。
• 使用 单点连接 将两个地平面连接起来（通常在电源入口或 ADC 的附近）。

重点： 数字地和模拟地之间应避免大面积的直接连接，以防止噪声耦合。

2. 使用磁珠或电阻隔离

• 在数字地和模拟地之间加入一个 磁珠（Ferrite Bead） 或 小阻值电阻（如 0Ω 或 10Ω），起到隔离作用。
• 这种方式可以有效抑制高频噪声，同时保持低频信号的连接。

重点： 磁珠具有较高的阻抗，适用于高频噪声隔离；电阻则更适用于低频隔离。

3. 使用星型接地结构

• 所有模块的地线最终都连接到一个“星点”（Star Point），这个点是唯一的接地点。
• 数字地和模拟地分别从该星点引出，确保它们的电流路径不互相干扰。

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四、B站 STM32 开发板中的实现方式（常见做法）

在 B站 上的一些 STM32 开发教程中，常见的数字地和模拟地分割方法如下：

1. ADC 模块的 AGND 和 DGND 分离

• STM32 的 ADC 引脚通常有 AGND 和 DGND 两种地：
  • AGND：用于 ADC 的参考地，通常连接到模拟地。
  • DGND：用于 ADC 内部数字电路的地，连接到数字地。

重点： 不要将 AGND 和 DGND 直接短接，而是通过磁珠或电阻连接。

2. PCB 布局建议

• 数字地 和 模拟地 在 PCB 上形成两个独立的铜箔层。
• 两个地之间只通过一个 磁珠或 0Ω 电阻 连接，通常放在电源输入端或 ADC 附近。

3. 电源滤波与去耦

• 在电源入口处添加 去耦电容（如 10μF 和 0.1μF 并联）。
• 在 ADC 附近添加 旁路电容，进一步降低噪声。

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五、示例电路图（简化版）

+-------------------+
|     Power Supply |
+--------+----------+
         |
         | (10μF)
         v
+--------+----------+
|   Filter Capacitor |
+--------+----------+
         |
         | (0Ω or Ferrite Bead)
         v
+-------------------+
|   Digital Ground  | <----> | Analog Ground |
+-------------------+        +---------------+
         |                           |
         | (STM32's DGND)            | (ADC's AGND)
         v                           v
+-------------------+       +-------------------+
|   Digital Circuit |       |   Analog Circuit  |
+-------------------+       +-------------------+

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六、代码示例（STM32 ADC 初始化）

如果你使用的是 STM32 的 ADC 模块，需要注意正确配置参考地和数字地：

// 示例：STM32 ADC 初始化代码（基于 HAL 库）
void MX_ADC1_Init(void)
{
    ADC_ChannelConfTypeDef sConfig = {0};

    // 使能 ADC1 时钟
    __HAL_RCC_ADC1_CLK_ENABLE();

    // 配置 ADC
    hadc1.Instance = ADC1;
    hadc1.Init.ClockPrescaler = ADC_CLOCK_SYNC_PCLK_DIV4;
    hadc1.Init.Resolution = ADC_RESOLUTION_12B;
    hadc1.Init.ScanConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ContinuousConvMode = ENABLE;
    hadc1.Init.DiscontinuousConvMode = DISABLE;
    hadc1.Init.ExternalTrigConv = ADC_SOFTWARE_START;
    hadc1.Init.DataAlign = ADC_DATAALIGN_RIGHT;
    hadc1.Init.NbrOfConversion = 1;
    HAL_ADC_Init(&hadc1);

    // 配置通道 0
    sConfig.Channel = ADC_CHANNEL_0;
    sConfig.Rank = 1;
    sConfig.SamplingTime = ADC_SAMPLETIME_3CYCLES;
    HAL_ADC_ConfigChannel(&hadc1, &sConfig);

    // 启动 ADC
    HAL_ADC_Start(&hadc1);
}

重点： 确保 ADC 的参考地（AGND）和数字地（DGND）正确分离，并通过适当的隔离元件连接。

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七、总结

以下是实现数字地和模拟地分割的关键步骤：

1. 物理上分离数字地和模拟地，避免直接连接。
2. 使用磁珠或电阻 实现单点连接，隔离高频噪声。
3. 采用星型接地结构，确保所有地线最终汇聚于一点。
4. 合理布局 PCB，在 ADC 和模拟电路附近设置去耦电容。
5. 编写正确的 ADC 初始化代码，确保参考地和数字地配置正确。

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如果你有具体的电路图或原理图，我可以帮你分析具体是如何实现的。欢迎提供更多信息！