【专业知识】&&【如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰?】
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&&如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢?在设计之前必须了解电磁兼容(EMC)的两个基本原则：第一个原则是尽可能减小电流环路的面积;第二个原则是系统只采用一个参考面。相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线(注：小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比);而如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线(注：小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比)。在设计中要尽可能避免这两种情况。有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。如图1所示，我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两个地之间的间隙，信号电流的返回路径是什么呢?假定被分割的两个地在某处连接在一起(通常情况下是在某个位置单点连接)，在这种情况下，地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平模拟电流，该电流很容易受到外部信号干扰。最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。另外，模拟地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅仅考虑信号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割，而且必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后通过该连接桥布线。这样，在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流回流路径，从而使形成的环路面积很小。采用光隔离器件或变压器也能实现信号跨越分割间隙。对于前者，跨越分割间隙的是光信号;在采用变压器的情况下，跨越分割间隙的是磁场。还有一种可行的办法是采用差分信号：信号从一条线流入从另外一条信号线返回，这种情况下，不需要地作为回流路径。要深入探讨数字信号对模拟信号的干扰必须先了解高频电流的特性。高频电流总是选择阻抗最小(电感最低)，直接位于信号下方的路径，因此返回电流会流过邻近的电路层，而无论这个临近层是电源层还是地线层。在实际工作中一般倾向于使用统一地，而将PCB分区为模拟部分和数字部分。模拟信号在电路板所有层的模拟区内布线，而数字信号在数字电路区内布线。在这种情况下，数字信号返回电流不会流入到模拟信号的地。只有将数字信号布线在电路板的模拟部分之上或者将模拟信号布线在电路板的数字部分之上时，才会出现数字信号对模拟信号的干扰。出现这种问题并不是因为没有分割地，真正的原因是数字信号的布线不适当。PCB设计采用统一地，通过数字电路和模拟电路分区以及合适的信号布线，通常可以解决一些比较困难的布局布线问题，同时也不会产生因地分割带来的一些潜在的麻烦。在这种情况下，元器件的布局和分区就成为决定设计优劣的关键。如果布局布线合理，数字地电流将限制在电路板的数字部分，不会干扰模拟信号。对于这样的布线必须仔细地检查和核对，要保证百分之百遵守布线规则。否则，一条信号线走线不当就会彻底破坏一个本来非常不错的电路板。在将A/D转换器的模拟地和数字地管脚连接在一起时，大多数的A/D转换器厂商会建议：将AGND和DGND管脚通过最短的引线连接到同一个低阻抗的地上(注：因为大多数A/D转换器芯片内部没有将模拟地和数字地连接在一起，必须通过外部管脚实现模拟和数字地的连接)，任何与DGND连接的外部阻抗都会通过寄生电容将更多的数字噪声耦合到IC内部的模拟电路上。按照这个建议，需要把A/D转换器的AGND和DGND管脚都连接到模拟地上，但这种方法会产生诸如数字信号去耦电容的接地端应该接到模拟地还是数字地的问题。如果系统仅有一个A/D转换器，上面的问题就很容易解决。如图3中所示，将地分割开，在A/D转换器下面把模拟地和数字地部分连接在一起。采取该方法时，必须保证两个地之间的连接桥宽度与IC等宽，并且任何信号线都不能跨越分割间隙。如果系统中A/D转换器较多，例如10个A/D转换器怎样连接呢?如果在每一个A/D转换器的下面都将模拟地和数字地连接在一起，则产生多点相连，模拟地和数字地之间的隔离就毫无意义。而如果不这样连接，就违反了厂商的要求。最好的办法是开始时就用统一地。如图4所示，将统一的地分为模拟部分和数字部分。这样的布局布线既满足了IC器件厂商对模拟地和数字地管脚低阻抗连接的要求，同时又不会形成环路天线或偶极天线而产生EMC问题。如果对混合信号PCB设计采用统一地的做法心存疑虑，可以采用地线层分割的方法对整个电路板布局布线，在设计时注意尽量使电路板在后边实验时易于用间距小于1/2英寸的跳线或0欧姆电阻将分割地连接在一起。注意分区和布线，确保在所有的层上没有数字信号线位于模拟部分之上，也没有任何模拟信号线位于数字部分之上。而且，任何信号线都不能跨越地间隙或是分割电源之间的间隙。要测试该电路板的功能和EMC性能，然后将两个地通过0欧姆电阻或跳线连接在一起，重新测试该电路板的功能和EMC性能。比较测试结果，会发现几乎在所有的情况下，统一地的方案在功能和EMC性能方面比分割地更优越。分割地的方法还有用吗?在以下三种情况可以用到这种方法：一些医疗设备要求在与病人连接的电路和系统之间的漏电流很低;一些工业过程控制设备的输出可能连接到噪声很大而且功率高的机电设备上;另外一种情况就是在PCB的布局受到特定限制时。在混合信号PCB板上通常有独立的数字和模拟电源，能够而且应该采用分割电源面。但是紧邻电源层的信号线不能跨越电源之间的间隙，而所有跨越该间隙的信号线都必须位于紧邻大面积地的电路层上。在有些情况下，将模拟电源以PCB连接线而不是一个面来设计可以避免电源面的分割问题。混合信号PCB设计是一个复杂的过程，设计过程要注意以下几点：1.将PCB分区为独立的模拟部分和数字部分。 2.合适的元器件布局。 3.A/D转换器跨分区放置。 4.不要对地进行分割。在电路板的模拟部分和数字部分下面敷设统一地。 5.在电路板的所有层中，数字信号只能在电路板的数字部分布线。 6.在电路板的所有层中，模拟信号只能在电路板的模拟部分布线。 7.实现模拟和数字电源分割。 8.布线不能跨越分割电源面之间的间隙。 9.必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上。 10.分析返回地电流实际流过的路径和方式。 11.采用正确的布线规则。 上传我的文档
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通信原理 模拟信号的数字传输
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模拟信号与数字信号的区别
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模拟信号数字化_百度文库
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模拟信号数字化
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你可能喜欢引用:原帖由 xphi 于
14:16 发表
频域信息和时域信息互相转化的基础傅立叶展开本身就是个无限级数，按照傅立叶展开对一个完全随机的模拟信号进行时频变换，最高频是无限高的，那里去找一个二倍于无限高的无限高频信号来做采样？而在有限范围内时 ... 我前面已经说过了，我们需要的是有限频带的信号。所以 任何一个采样之前当然是先进行频带滤波，不滤波的采样是没有价值的。
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引用:原帖由 xphi 于
16:40 发表
是这样的，这基本就是有损压缩的理论基础了，也是某些模拟发烧友攻击数字信号的口实，据说他们觉得他们可以听到别人听不到或者几乎听不到的东西。 个人认为某些表态不过是自慰。。。
你楼下的那位说的话似乎不错哦
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如果是 颜色... 这个人可能说是 绿色 那个可能是 蓝色...............
但是数字 0 就是 0 1就是 1............... 可以传输无损........................
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有门课叫模拟电子技术，还有门课叫逻辑电子线路。。。。
还有门课叫信号与系统。。。还有门课叫通信电子线路，还有门课叫。。。。。
对了，你答对了，我就是搞这个的
帖子15017&精华&积分53681&激骚度567 &爱车&主机&相机&手机&注册时间&
来晚了，已经战了这么多页了，原子和电子的能级是不连续的，他们之间交换的能量也是不连续的，因此世界是不连续的，但就宏观世界来说，他们又是连续的，模拟的
帖子5696&精华&积分20492&激骚度161 &爱车&主机VITA / 3DS&相机&手机&注册时间&
见香农定理
帖子856&精华&积分17234&激骚度73 &爱车&主机&相机&手机&注册时间&
引用:原帖由 z0406 于
20:20 发表
我前面已经说过了，我们需要的是有限频带的信号。所以 任何一个采样之前当然是先进行频带滤波，不滤波的采样是没有价值的。 做带通滤波就会有损失，所以还是不可能精确还原自然的随机信号，这个不适有没有价值的问题，其实是个逻辑问题。
帖子856&精华&积分17234&激骚度73 &爱车&主机&相机&手机&注册时间&
引用:原帖由 Ophelia 于
00:35 发表
个人认为某些表态不过是自慰。。。
你楼下的那位说的话似乎不错哦 量子力学现在只能用来指导生产，用来解释世界还没有定论吧。量子力学自己的数学解释就可以等价的写成离散和连续的两种方式，等受到公认的量子力学解释出现后再来为世界下定义比较好。
帖子2868&精华&积分19604&激骚度50 &爱车&主机&相机&手机&注册时间&
引用:原帖由 xphi 于
13:27 发表
做带通滤波就会有损失，所以还是不可能精确还原自然的随机信号，这个不适有没有价值的问题，其实是个逻辑问题。 我们要区分两件事。本身的理想带通滤波对于人的耳朵是没有损失的。无论我们怎样采集信号，无论是数字还是模拟，最终都会通过功放来还原声音。而功率放大是有频响范围的。当最初的滤波频带超过了功放的频响范围时，那滤波后的信号和原始的被采集声音到达人的耳朵时就是同样声音了。
但很不幸，不存在理想的滤波器，而且量化误差，等其他因素也导致了数字信号没法完全的还原模拟信号，这些是实际情况。
而采样定理的意义在于告诉了我们一种如何使采样信号还原出的信号趋近于滤波后的信号的方法，因为，理论上它们的确是相同的，需要作的是不断的改进技术来达到这一极限。
[ 本帖最后由 z0406 于
13:52 编辑 ]
帖子856&精华&积分17234&激骚度73 &爱车&主机&相机&手机&注册时间&
引用:原帖由 z0406 于
13:47 发表
我们要区分两件事。本身的理想带通滤波对于人的耳朵是没有损失的。无论我们怎样采集信号，无论是数字还是模拟，最终都会通过功放来还原声音。而功率放大是有频响范围的。当最初的滤波频带超过了功放的频响范围时 ... 采样调制信号不一定只是用在音频信号处理上，一样可以用在高频信号调制上，人耳的听觉阀限不是在任何地方都有意义。
我要说的只是数字信号在达到和模拟信号同等精度情况下，在现阶段要比模拟信号处理起来成本低的多，我都不知道你在和我争论什么问题，如果你的意思是对于一个理想带通滤波后的信号理论上可以在时域和频域上精确的互相转换，我认为这是正确的，不过这最多是为什么可以使用数字信号处理模拟量的理论基础，并不能说明为什么现在数字信号要比模拟信号流行。
帖子300&精华&积分10592&激骚度20 &爱车&主机&相机&手机&注册时间&
引用:原帖由 谁家那个小那谁 于
06:45 发表
你是喜欢吃红烧肉还是白水煮肉？
虽说这种比喻不恰当，但是也算说明白一个问题。胆机就好比于红烧肉，从失真到高保真度指标都不算高，但是恰恰这种声音是耳朵喜欢的那种味道。 HIFI音响或数字音响确实指标很高 ... 正解
其实胆机的效果完全可以通过DSP模拟出来，数字技术可以“煲”出各种胆机的味道。
另外，今天去讨论信号源质量是毫无意义的事情，都是浪费钱，有钱就花在功放和音箱上好了
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楼主,谁说模拟信号就是无损的???
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帖子6187&精华&积分12374&激骚度-4 &爱车&主机&相机&手机&注册时间&
玩了些年的HIFI总结一点想法
HIFI就是有钱人（相对说），时间多的难受一些人玩的东西。我们平常玩家还是歇歇吧。什么HIFI，其实都是扯蛋。
以前听说一件实事。有一个HIFI业界的玩家，为了验证是否线材的改善能让人听出来做了一个实验。当时京城有几位金耳朵号称能盲听出功放或音源的品牌型号。
他们约了一个时间，功放，音源，音箱供三套，不同品牌的，当时算不上最顶级也算相当好了。
在器材前面放了一道布帘。让他们在后面戴上眼罩忙听。
听了三次，每次都换不同的线材。每次听后这几位金耳朵都说，那那改善了，声音有什么区别。当这位测试者说出真相，那几位金耳朵真是有点汗颜。他说，其实我每次到布帘后面都没有真正的把线材换掉，我只是假装发出一些声音，让你们误认为我在换线。其实你们听到的三次声音，都是同一条线，同一个音源，同一个功放，同一对音箱。我其实什么都没做。
这个结果是不是很有戏剧性？ 又说明些什么？
其实有时候什么叫发烧(HIFI)，其实就是烧钱。
你想想，你不烧了，音响厂家不都关门了吗？
当然我也不是说HIFI有什么错，只是说说有些事没必要太较真。差不多就行了。音响不太差（现在的技术能差多少？）认真听音乐比什么都强。
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在器材前面放了一道布帘。让他们在后面戴上眼罩忙听。
知道隔一道布帘对声音影响多大么？
帖子6187&精华&积分12374&激骚度-4 &爱车&主机&相机&手机&注册时间&
或许没说清楚，换线材时拉上，听的时候拉开。不然几个金耳朵也没必要戴眼罩