PCB科技 - 類比電路的PCB設計規則

儘管建造一個類比系統看起來像是回到了真空管時代, 類比元件和電路不會很快消失, 也不會 印刷電路板支持他們的人. 純類比 電路板 和 混合訊號印刷電路板 在許多產品中仍然很重要，並將繼續在一系列頻率下運行. 類比入門 印刷電路板 設計可能很難從哪裡開始，考慮什麼, 但我們希望這些指導方針能幫助你理解你可以採取哪些步驟來確保成功.

有時，最好基於共同的設計目標考慮類比印刷電路板和混合訊號印刷電路板。 類比電路和印刷電路板需要特別小心，因為其目標通常是路由訊號並將其輸入到組件/電路中，同時確保低雜訊操作。 然後，電路板運行的頻率範圍將决定需要採取的一些措施，以確保設計按預期運行。 在本指南中，我們將概述一些您應該考慮的標準類比印刷電路板設計和佈局指南。 我們將嘗試從低kHz頻率到高毫米波頻率。

類比印刷電路板層堆疊

電路設計完成後，層堆棧是設計的第一站。 類比層堆棧通常遵循用於構建數位印刷電路板堆棧的相同思想。 注意以下幾點：

電源和接地：計畫在印刷電路板佈局中傳輸關鍵訊號的軌跡周圍使用大量接地，並相應地規劃電源導軌佈線。 較新的設計師可能習慣於思考如何路由重要的類比互連，但如果您儘早這樣做，您可以相應地規劃電源和訊號佈線。

高頻電源：如果您的類比板需要以高輸出功率和高頻傳輸，那麼您需要提供非常穩定的電源，可能是高電流。 計畫在內層使用電源平面而不是軌道，並在相鄰層上放置地平面。

資料選擇：我認為每個設計師都希望在類比電路板的每一層使用低損耗的聚四氟乙烯層壓資料，但這些昂貴的資料並不總是必要的。 如果您的工作頻率不是幾十GHz，並且您只使用短接線，只要您不連接很長的互連，您可以使用標準FR4層壓板。 如果您真的需要低損耗層壓板，請聯系您的製造商，瞭解如何使用混合印刷電路板堆棧。

在裡面 混合訊號印刷電路板, 電源和接地的建議通常不同, 取決於類比和數位部件之間是否需要任何直接接線.

混合訊號電源

對於混合訊號電源，電源平面通常分為數位和類比部分，類似於在不同電源電壓下工作的數位電源平面所做的工作。 這些部分應在同一層中，並指相鄰層上的同一地平面。 此外，與類比電源軌一樣，最好僅將數位電源軌放在電路板的數位部分。

類比和數位壓水堆/接地部分佈局示意圖。

如果必須使用上圖左側的佈置，則不應將單獨的數位和類比電源平面放置在兩個相鄰的層中，以使平面重疊。 如果這兩個平面在相鄰層中重疊，則兩個平面在重疊區域之間將具有高電容，從而產生强位移電流。 由於這兩個平面之間的電勢在開關過程中波動，這將導致射頻下的空腔發射。

此外，不應通過連接類比和數位部件之間的間隙來創建數位和類比部件之間的介面。 要瞭解原因，請查看本文。 您需要的介面可以由ADC提供，ADC可以內寘在主機控制器或專用IC中。

類比印刷電路板佈局中的元件放置

正如上面的壓水堆/接地規劃所暗示的那樣，只在類比部分放置類比組件，並且只在數位部分放置數位組件。 不幸的是，我們無法涵蓋所有可能的組件放置，但我們可以簡要討論一些重要組件。 具有一些重要佈局指南的兩個最有趣的組件是ADC和放大器（包括運算放大器）。

處理未使用的運算放大器

類比板上必須出現的一個組件是運算放大器。 在許多運算放大器集成電路中，一些運算放大器將處於空閒狀態。 IC上任何未使用的導線應正確端接。 集成電路中運算放大器上的未端接（即浮動）引線會產生雜訊並傳播到工作集成電路中，從而降低信號完整性。

如果使用單電源軌，應首先將輸出短接至反向輸入。 這會產生負反饋，並確保輸出正確跟隨輸入。 接下來，將電阻相等的分壓器連接到非反相輸入和接地引脚。 這將輸入電勢設定為線性範圍的中點。 如果您使用的是分裂軌道，您可以簡單地將輸出短接至反相輸入，並將非反相輸入接地。

功率放大器的問題

在低頻率下，放大器將不受任何不適用於其他印刷電路板的特殊限制。 對於高頻工作的功率放大器，情况不同，因為放大器輸出可能不穩定，表現為意外的正回饋。 您可以使用一些類比來跟踪耦合回放大器輸入，儘管這些需要一個可以直接與印刷電路板佈局介面的場解算器。 瞭解有關射頻功率放大器的這一有趣的信號完整性問題的更多資訊。

ADC的放置位置

ADC是類比信號與數字世界連接的地方，囙此這部分需要小心放置，因為它將包含數位部分。 離散ADC最好大致沿數位和類比部件之間的邊界放置。 事實上，這可能是在具有單獨接地層的混合訊號系統中創建介面的唯一可接受的方法，因為矽晶片上的接地層可以為輸入/輸出信號提供基準面。 但是，如果使用統一的接地層，則ADC的放置和接地層提供的遮罩將具有更大的靈活性。

類比印刷電路板佈局指南

類比電路中的接線 印刷電路板 是為了確保沿互連發送的類比信號在互連的接收器側不會顯著失真. 使用類比時 印刷電路板, 您的網絡計數通常比數位 印刷電路板, 所以你可以儘早嘗試一些可能的佈局，直到找到一個可解决的平面圖. Here are some route guides:

軌跡長度：一般來說，儘量使類比印刷電路板中的軌跡短而直。 隨著訊號頻率的新增，這一點非常重要。 除了損耗外，我們還必須注意訊號的臨界長度。

儘量減少過孔的使用：每個過孔都會新增互連S參數的損耗，囙此最好將這些損耗降至最低，並在可能的情况下僅執行必要的層轉換。 對於那些仍然存在的通孔，它們可能會產生像天線一樣的强輻射

在類比中有許多問題需要考慮 印刷電路板 佈局, but the right design tools和 rule-driven design software will help you implement the guidelines needed to keep the analog system noise-free and ensure signal/電源完整性.