運(yùn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 設(shè)備有什么大不了的?將傳感器輸出連接到 ADC 輸入并開(kāi)始讀取讀數(shù)。正確的?畢竟，數(shù)字信號(hào)提供了強(qiáng)大的噪聲抑制能力，因此電平之間的切換很牢固，并且有足夠的內(nèi)置余量。盡管如此，模擬信號(hào)更容易受到噪聲的影響。

在 ADC 周?chē)胖锰嘣肼?，結(jié)果會(huì)受到影響。大多數(shù)模擬噪聲問(wèn)題都可以追溯到一個(gè)問(wèn)題：缺乏對(duì)接地的關(guān)注。對(duì)于創(chuàng)客來(lái)說(shuō)，了解接地的基本原理會(huì)帶來(lái)更多 ADC 的樂(lè)趣。

接地真的像看起來(lái)那么簡(jiǎn)單嗎?

低速和中速數(shù)字設(shè)計(jì)的易用性使地面看起來(lái)很簡(jiǎn)單。在無(wú)焊插件面包板上，有導(dǎo)軌從相對(duì)的邊緣向下延伸——電源和接地。電源連接到電源上的紅色引腳或電池上的紅色引線，接地連接到黑色引腳或引線。在零件上的電源和接地引腳連接到附近的導(dǎo)軌并且設(shè)備通電后，在許多設(shè)計(jì)中接地會(huì)被忽視。

數(shù)字事物切換得越快，模擬分辨率變得越精細(xì)，地面就越需要關(guān)注。接地不僅僅是一個(gè)零電壓電平。這是電流的返回路徑，電子在通過(guò)晶體管和無(wú)源元件進(jìn)行實(shí)際工作后被吸收。

完美的接地不會(huì)改變電路行為。不完美的地面是另一回事。從狹窄的走線、不良的焊點(diǎn)或芯片上的接地引腳太少在返回路徑中添加一點(diǎn)電阻，“接地反彈”會(huì)顯示為電壓尖峰。從芯片封裝的引線中加入一點(diǎn)雜散電感，電源噪聲在較高頻率下會(huì)加劇。

更高的 ADC 分辨率將步長(zhǎng)推入毫伏范圍，從而使模擬輸入上的噪聲和尖峰成為問(wèn)題。來(lái)自輸入噪聲的誤差位位于 ADC 內(nèi)部誤差源之上。

現(xiàn)成的設(shè)計(jì)可以幫助很多

那么，在使用 ADC 時(shí)，地線應(yīng)該如何看呢?好消息是，制造商可以獲得精心設(shè)計(jì)的電路板和傳感器，這些電路板和傳感器可以采取措施提高地面質(zhì)量。

帶有微控制器或 SoC 的電路板通常有一個(gè)接地層。接地位于幾乎堅(jiān)固的 PCB 層上，其銅厚度盡可能大，或者在大型多層板上超過(guò)一層。需要接地的引腳就在附近，從電路板的一側(cè)到另一側(cè)的電阻很低。用電容器繞過(guò)電源引腳可抵消雜散電感并消除電源噪聲。

更智能的傳感器集成了微控制器和 ADC。在這里，信號(hào)以模擬形式傳播的距離越短，噪聲破壞它們的機(jī)會(huì)就越少。制造商還可以獲取許多傳感器，這些傳感器在 I 2 C 或 SPI 接口上呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，數(shù)字化并準(zhǔn)備就緒。

現(xiàn)成模塊的問(wèn)題是未連接的地島。讓我們看一個(gè)帶有羽毛板、一個(gè)數(shù)字傳感器分線器和一個(gè)模擬傳感器分線器的示例。

星形接地，然后根據(jù)需要扭曲信號(hào)

那些未連接的地面島嶼可以使一切變得不同。在這里，兩個(gè)相關(guān)的原則應(yīng)該指導(dǎo)連接。

· 地線應(yīng)該是星形的，而不是菊花鏈，回到發(fā)生功率轉(zhuǎn)換的模塊。

· 模擬信號(hào)應(yīng)該與模塊的接地距離大致相同。

將模擬傳感器分接頭放置在最靠近接地引腳和模擬輸入的位置會(huì)有所幫助。使用可堆疊模塊，如FeatherWing Proto，也有助于縮短信號(hào)運(yùn)行距離。

雖然板載 ADC 通道很方便，但它們可能只使用一個(gè)模擬輸入引腳，依靠數(shù)字地作為模擬地。隨著采樣率的增加和模擬運(yùn)行變得超過(guò)幾厘米，模擬信號(hào)可能需要更多的噪聲保護(hù)。以下是在這種情況下該怎么做。

· 使用幾匝模擬線和地線為 ADC 輸入創(chuàng)建雙絞線。

· 引入具有差分輸入的 ADC，使模擬傳感器信號(hào)返回接地。

雙絞線和差分方法依賴于相同的概念。施加在緊密耦合的一對(duì)導(dǎo)線上的噪聲在兩根導(dǎo)線上是相同的，在采樣時(shí)會(huì)被抵消。為了獲得差分信號(hào)的最佳性能，可以使用預(yù)絞合屏蔽線。專業(yè)提示：使用屏蔽時(shí)，不要將屏蔽的兩端接地;將一個(gè)接地并通過(guò)電容器將另一個(gè)接地。

獲得更好的 ADC 結(jié)果

已經(jīng)寫(xiě)了很多關(guān)于接地回路的文章。它們可能會(huì)帶來(lái)令人生畏的問(wèn)題，但它們是一種主要在復(fù)雜的電路板和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象。在將模塊與幾個(gè)模擬傳感器相結(jié)合的數(shù)字優(yōu)先制造商項(xiàng)目中，對(duì)接地的一點(diǎn)關(guān)注會(huì)消除環(huán)路的機(jī)會(huì)并解決大多數(shù)問(wèn)題。

遵循這些原則應(yīng)該有助于圍繞 ADC 創(chuàng)建更好的設(shè)計(jì)，并獲得算法可以依賴的結(jié)果。