電路接地與供電模塊原理解析（一）

        隨著電子產品尺寸變得越來越緊湊、功能越來越強大、用途更加廣泛，*終的系統級要求，以及移動和固定設備的復雜性也變得日益突出。這種復雜性來源于要求在模擬和數字電路之間實現無線和有線的互連，需要系統工程師使用多個電源軌和混合電路設計。具有模擬和數字信號的電路一般傾向于設置幾個接地參考，這樣經常導致電路雜亂無章，設計目的無法實現，表面上看上去很可靠的方案卻*終成為故障之源。這里將重點放在理解電路的需求和預先規劃*終的系統，因為這兩個步驟的結果是有效地把圖紙轉變為*終的印刷電路板。在設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雜系統的每個功能模塊，然后根據電流總是在一個循環回路中流動的簡單公理來設置這些模塊及供電電路，這樣當今系統工程師所面對的復雜電路*可以分解為許多可管理的部分，以便實現*終的可靠設計。

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）線性調節器，一個微處理USB 數據線接到音頻驅動器，和一個揚聲器，所有這些都由一個連接到某個計算主機的USB插頭供電。在本例中，USB到音頻驅動器必須用3.3V供電。由于揚聲器采用音頻驅動器的輸出供電，所以音頻輸入驅動器需要+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，驅動揚聲器工作的電流在返回到電流源驅動器時會產生一個電壓反彈，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數據轉換為音樂的基準電壓會以音樂播放的速率反彈。由于揚聲器電感所產生的相移會增大誤差，這將和由于電流提升產生的高音量混合在一起。電壓反彈也將導致紋波出現，這將降低揚聲器發出的音質。

        這將減少到達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和電源線的寬度應當根據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，而應該采用圖 1（b）中的方案來從根本上解決。LDO是放在音頻驅動IC的上方，可以使立體聲電流回路避免了敏感的音頻驅動GND，這樣產生的GND電壓反彈不會影響音頻驅動，只有小的紋波干擾出現。