PCB新聞 - 組合訊號PCB的分區設計

摘要：設計 混合訊號電路板 非常複雜. 元件的佈局和佈線以及電源和地線的處理將直接影響電路效能和電磁相容效能. 本文介紹的接地和電源分區設計可以優化混合訊號電路的效能.

如何减少數位信號和類比信號之間的相互干擾? 設計前, we must understand the two basic principles of electromagnetic compatibility (EMC): The first principle is to minimize the area of the current loop; the second principle is that the system uses only one reference surface. 相反地, 如果系統中有兩個參照平面, it is possible to form a dipole antenna (Note: the radiation size of a small dipole antenna is proportional to the length of the line, the amount of current flowing and the frequency); and if the signal cannot pass as much as possible A small loop return may form a large loop antenna (Note: the radiation size of a small loop antenna is proportional to the loop area, 流過回路的電流, and the square of the frequency). 在設計中儘量避免這兩種情况.

建議在混合訊號電路板上分離數位接地和類比接地, 囙此，可以實現數位接地和類比接地之間的隔離. 雖然這種方法是可行的, 有許多潜在問題, 特別是在複雜的大系統中. 最關鍵的問題是它不能跨越分區間隙. 一旦劃分間隙佈線完畢, 電磁輻射和訊號串擾將急劇增加. 中最常見的問題 PCB設計 訊號線穿過分割的接地或電源，並產生電磁干擾問題.

如圖1所示，我們使用上述分割方法，訊號線穿過兩個接地之間的間隙。 訊號電流的返回路徑是什麼？ 假設兩個接地在某處連接在一起（通常是在某個位置的單點連接），在這種情況下，接地電流將形成一個大回路。 流過大回路的高頻電流產生輻射和高接地電感。 如果低電平類比電流流過大回路，則電流容易受到外部訊號的干擾。 最糟糕的是，當分開的接地在電源處連接在一起時，將形成一個非常大的電流回路。 此外，類比地和數位地通過長導線連接，形成偶極子天線。

瞭解電流返回地面的路徑和方法是優化混合訊號電路板設計的關鍵。 許多設計工程師只考慮訊號電流的流向，而忽略了電流的特定路徑。 如果必須劃分接地層，並且佈線必須通過分區之間的間隙，則可以在劃分的接地之間進行單點連接，以在兩個接地之間形成連接橋，然後通過連接橋進行佈線。 這樣，可以在每個訊號線下提供直流回流路徑，從而形成的環路面積小。

使用光學隔離裝置或變壓器也可以實現跨越分割間隙的訊號。 對於前者，穿過分割間隙的是光訊號； 對於變壓器，穿過分段間隙的是磁場。 另一種可行的方法是使用差分訊號：訊號從一條線路流入，從另一條訊號線路返回。 在這種情況下，不需要接地作為返回路徑。

要深入研究數位信號對類比信號的干擾，首先必須瞭解高頻電流的特性。 對於高頻電流，始終選擇阻抗最小（電感最低）且位於訊號正下方的路徑，囙此返回電流將流經相鄰電路層，無論相鄰層是電源層還是接地層。

在實際工作中, 通常傾向於使用統一地面, 並將 PCB板 分為類比部分和數位部分. 類比信號在電路板所有層的類比區域佈線, 數位信號在數位電路區佈線. 在這種情況下, 數位信號返回電流不會流入類比信號接地.