PCB科技 - 數模混合PCB設計

許多產品包括 數模混合PCB設計, 不同的訊號具有不同的抗干擾能力. 在互連設計過程中, 為了保證最終產品的名額要求，必須合理控制不同訊號之間的串擾.
理解以下基本概念非常重要. 掌握數模混合設計的基本概念將有助於理解稍後製定的嚴格佈局和佈線設計規則, 囙此，在設計數模混合時，終端產品不會輕易讓利. 實施重要的約束規則. 它有助於靈活有效地處理數模混合設計中可能遇到的串擾問題.

1. The important difference between analog signal and digital signal in anti-interference ability
The digital signal level has a strong anti-interference ability, 而類比信號的抗干擾能力較差.
例如, 3V電平數位信號甚至可以承受0.3V串擾訊號，不會影響邏輯狀態. 然而, 在類比信號領域, 有些訊號極其微弱. 例如, GSM手機的接收靈敏度可以達到-110dBm的名額, 這只相當於0的正弦波的有效值.7uV. 即使在低雜訊放大器前端接收到紫外量級的帶內干擾雜訊, 這足以大大降低基站的接收靈敏度. 這種輕微干擾可能來自數位控制訊號線或電源接地線上的小譟音.
從系統的角度來看, 數位信號通常僅在電路板或幀中傳輸. 例如, 記憶體匯流排訊號, 功率控制訊號, 等., 只要確保從發送端接收到的干擾不足以影響邏輯狀態的判斷. 類比信號需要經歷一系列過程，例如調製, 頻率轉換, 放大, 傳輸, 空間傳播, 接待, 在恢復之前進行解調. 在此過程中, 雜訊持續下降至訊號. 從系統角度來看, 為了正確解調，必須確保最終信噪比滿足要求. 最大的干擾來自空間傳播的衰减和雜訊. 為了實現更好的通信效能, 必須盡可能减少板上互連引起的串擾.
因此, 可以認為，類比信號的串擾要求比數位信號的串擾要求高幾十倍, 甚至可能達到數萬倍.
2. High-precision ADC and DAC circuits
Ideally, the relationship between the signal-to-noise ratio of linear ADC and DAC circuits and the number of conversion bits is:
SNR=10Log(F2/N2)=10Log[A2/2/(A2/3*2n)]=6.02n+1.76 dB
對於 14-bit linear ADCs and DACs, if the least significant bit (LSB) is valid, 理論信噪比可以計算為86dBc. 與20dBc左右數位電路的串擾要求進行比較, 高精度14比特線性模數轉換器, DAC的雜訊要求至少是數位信號的1000倍. 當然, 如果最低有效位數只需要11比特, 可以適當降低串擾要求, 但它仍然遠遠高於對數位信號的要求.
以上兩種情况表明，在數模混合單板中, 類比電路很容易受到干擾, 這會影響信噪比等名額. 因此, 正在進行中 數模混合單板PCB設計, 必須對佈局和佈線提出非常高的要求.
3. Digital signal is a strong source of interference to analog signal
The level of the digital signal is very high compared to the analog signal, 數位信號包含豐富的諧波頻率, 囙此，數位信號本身是類比信號的强大干擾源. 特別地, 在數模混合設計中，大電流時鐘訊號和開關電源是需要注意的强幹擾源.
4. The fundamental purpose of digital-analog hybrid interconnection design
We can understand the digital-analog design problem in this way. 對於數位電路, 我們遵循數位電路的設計規則. 在數位電路領域, 允許較大干擾, 只要不影響系統功能和外部EMC名額的實現.
我們在這裡討論的“更大”是相對於類比電路的. For 數位PCB電路, 我們沒有必要也不可能控制類似串擾的類比電路的存在. 對於類比電路, 我們必須遵循類比電路的設計規則, 類比電路區的允許干擾比數位電路區小得多.
數模混合互連設計的目的是通過合理佈局確保數位信號的干擾僅存在於數位信號區域, 裝電線, 遮罩, 過濾, 和供電處.
我們需要關注的包括干擾源, 敏感電路, 和干擾路徑. 以下將從這3個方面描述所採用的佈局和佈線原則. 成功的 數模混合單板PCB設計 只有仔細關注整個過程中的每一個步驟和每一個細節才能實現. 這意味著在設計開始時必須進行徹底和仔細的規劃, 每個設計都必須仔細規劃. 全面、持續地評估步驟的工作進度. 必須仔細檢查和驗證佈局和佈線，以確保完全符合佈局和佈線規則. 否則, 訊號線的不正確佈線將徹底破壞原本良好的 PCB板.
規則已經過時了. 只有通過對規則的深入理解，我們才能確保正確使用規則並完成出色的測試 PCB設計.