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高速PCB設(shè)計(jì)中，數(shù)模混合電路PCB設(shè)計(jì)中的干擾問(wèn)題一直是一個(gè)難題。尤其模擬電路一般是信號(hào)的源頭，能否正確接收和轉(zhuǎn)換信號(hào)是PCB設(shè)計(jì)要考慮的重要因素。文章通過(guò)分析數(shù)模混合電路干擾產(chǎn)生的機(jī)理，結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐，探討了數(shù)模混合電路的一般處理方法，并通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)例得到驗(yàn)證。

 

一、前言

印制電路板（PCB）是電子產(chǎn)品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接?，F(xiàn)在有許多PCB不再是單一功能電路，而是由數(shù)字電路和模擬電路混合構(gòu)成的。數(shù)據(jù)一般在模擬電路中采集和接收，而帶寬、增益用軟件實(shí)現(xiàn)控制則必須數(shù)字化，所以在一塊板上經(jīng)常同時(shí)存在數(shù)字電路和模擬電路，甚至共享相同的元件?？紤]到它們之間的相互干擾問(wèn)題以及對(duì)電路性能的影響，電路的布局和布線必須要有一定的原則。混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)中對(duì)電源傳輸線的特殊要求以及隔離模擬和數(shù)字電路之間噪聲耦合的要求，增加了設(shè)計(jì)時(shí)布局和布線的復(fù)雜度。在此，通過(guò)分析高密度混合信號(hào)PCB的布局和布線設(shè)計(jì)，來(lái)達(dá)到要求的PCB設(shè)計(jì)目標(biāo)。

 

二、數(shù)?；旌想娐犯蓴_的產(chǎn)生機(jī)理

模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)相比，對(duì)噪聲的敏感程度要大得多，因?yàn)槟M電路的工作依賴(lài)連續(xù)變化的電流和電壓，任何微小的干擾都能影響它的正常工作，而數(shù)字電路的工作依賴(lài)在接收端根據(jù)預(yù)先定義的電壓電平或門(mén)限對(duì)高電平或低電平的檢測(cè)，具有一定的抗干擾能力。但在混合信號(hào)環(huán)境中，數(shù)字信號(hào)相對(duì)模擬信號(hào)而言是一種噪聲源。數(shù)字電路工作時(shí)，穩(wěn)定的有效電壓只有高低電平兩種電壓。當(dāng)數(shù)字邏輯輸出由高電壓變?yōu)榈碗妷?，該器件的接地管腳就會(huì)放電，產(chǎn)生開(kāi)關(guān)電流，這就是電路的開(kāi)關(guān)動(dòng)作。數(shù)字電路的速度越快，其開(kāi)關(guān)時(shí)間一般也要求越短，當(dāng)大量的開(kāi)關(guān)電路同時(shí)由邏輯高電平變?yōu)檫壿嫷碗娖綍r(shí)，由于地線通過(guò)電流的能力不夠，大量的開(kāi)關(guān)電流就會(huì)引起邏輯地電壓發(fā)生波動(dòng)，我們稱(chēng)為地彈。數(shù)字電路造成的地彈噪聲和電源擾動(dòng)，如果耦合到模擬電路中，就會(huì)影響模擬電路的工作性能。由于相當(dāng)多的干擾源是通過(guò)電源和地總線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲干擾最大，所以在PCB設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)地和電源的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要。

 

三、數(shù)?；旌想娐稰CB設(shè)計(jì)的一般處理原則

上面講了混合電路干擾的產(chǎn)生機(jī)理，那么如何降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾呢？在設(shè)計(jì)之前必須了解電磁兼容（EMC）的兩個(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積，如果信號(hào)不能通過(guò)盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線。第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面，相反，如果系統(tǒng)存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線。在設(shè)計(jì)中要盡可能避免這兩種情況。

（1）布局布線原則。元器件布局首先要考慮的一個(gè)因素就是將模擬電路部分與數(shù)字電路部分器件分開(kāi)放置，模擬信號(hào)在電路板所有層的模擬區(qū)內(nèi)布線，而數(shù)字信號(hào)在數(shù)字電路區(qū)內(nèi)布線。在這種情況下，數(shù)字信號(hào)返回電流不會(huì)流入到模擬信號(hào)的地。對(duì)于一些頻率高有特殊要求的線最好手工布線，必要時(shí)走差分線或屏蔽線。有時(shí)由于輸入/輸出連接器位置的緣故，必須把數(shù)字和模擬電路的布線混合在一起，這樣就很有可能造成模擬部分和數(shù)字部分電路的相互影響。這就要避免在鄰近模擬電源層的地方走數(shù)字時(shí)鐘線和高頻模擬信號(hào)線，否則，電源信號(hào)的噪聲將耦合到敏感的模擬信號(hào)之中。要設(shè)法實(shí)現(xiàn)低阻抗的電源和地網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量減小數(shù)字電路導(dǎo)線的感抗，盡量降低模擬電路的電容耦合。數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強(qiáng)，對(duì)信號(hào)線來(lái)說(shuō)，高頻的數(shù)字信號(hào)線盡可能遠(yuǎn)離敏感的模擬電路器件。

（2）電源和地的處理。在復(fù)雜混合電路板的設(shè)計(jì)中，接地線的布局和處理是改善電路性能的重要因素。有人建議將混合信號(hào)電路板上的數(shù)字地和模擬地分割開(kāi)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字地和模擬地之間的隔離。但這種方法往往會(huì)跨越分割間隙布線，這樣會(huì)引起電磁輻射和信號(hào)串?dāng)_急劇增加。

 

了解電流回流到地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號(hào)電路板設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。如果必須對(duì)地線層進(jìn)行分割，而且必須通過(guò)分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進(jìn)行單點(diǎn)連接，形成兩個(gè)地之間的連接橋，然后通過(guò)該連接橋布線。