PCB科技 - 數模混合電路的PCB設計方法

在 高速PCB 設計, 數模混合電路PCB設計中的干擾問題一直是一個難題. 特別地, 類比電路通常是信號源, 能否正確接收和轉換訊號是PCB設計中需要考慮的一個重要因素. 本文通過分析數模混合電路的干擾機理，結合設計實踐，探討了數模混合電路的一般處理方法, 並通過設計實例進行了驗證.

一、引言

A printed circuit board (PCB) is a support for circuit components and devices in electronic products, 它提供電路組件和設備之間的電力連接. 現今, 許多印刷電路板不再是單功能電路, 但它們是由數位電路和類比電路混合組成的. 數據通常在類比電路中收集和接收, 而頻寬和增益必須數位化才能由軟件控制. 因此, 同一塊板上通常有數位電路和類比電路, 甚至共亯相同的組件. 考慮到它們之間的相互干擾以及對電路效能的影響, 電路的佈局和佈線必須有一定的原則. 混合訊號PCB設計中對電力傳輸線的特殊要求以及類比和數位電路之間隔離雜訊耦合的要求新增了設計期間佈局和佈線的複雜性. 在這裡, 通過分析高密度 混合訊號PCB佈局 和佈線設計, 實現所需的PCB設計目標.

2、數模混合電路干擾的產生機理

與數位信號相比，類比信號對雜訊更敏感，因為類比電路的運行取決於不斷變化的電流和電壓。 任何輕微的干擾都會影響其正常工作，而數位電路的工作取決於接收端根據預定義的電壓電平或閾值檢測高電平或低電平，並具有一定的抗干擾能力。 但在混合訊號環境中，與類比信號相比，數位信號是雜訊源。 當數位電路工作時，穩定的有效電壓只有高電壓和低電壓。 當數位邏輯輸出從高壓變為低壓時，設備的接地引脚將放電並產生開關電流，這是電路的開關動作。 數位電路的速度越快，通常需要的開關時間越短。 當大量開關電路同時從邏輯高電平變為邏輯低電平時，由於地線通過電流的能力不足，將產生大量開關電流。 邏輯接地電壓波動，我們稱之為接地反彈。 數位電路引起的地面反彈雜訊和功率干擾，如果耦合到類比電路，將影響類比電路的效能。 由於相當多的干擾源是通過電源和接地匯流排產生的，接地線產生的雜訊干擾最大，囙此在設計PCB時，接地和電源的設計尤為重要。

第3，數模混合電路PCB設計的一般處理原則

我談到了混合電路干擾的機理。 如何减少數位信號和類比信號之間的相互干擾？ 在設計之前，我們必須瞭解電磁相容性的兩個基本原則：第一個原則是盡可能减少電流回路的面積。 如果訊號不能通過盡可能小的回路返回，則可能形成大回路。 ŠŠ¶天線。 第二個原則是系統僅使用一個參攷平面。 相反，如果系統有兩個基準面，則可能形成偶極子天線。 在設計中儘量避免這兩種情况。

（1）佈局和佈線原則。 元件佈局首先要考慮的因素之一是將類比電路部分與數位電路部分分開。 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域佈線。 在這種情況下，數位信號返回電流將不會流入類比信號接地。 對於一些有特殊要求的高頻線路，最好手動佈線，必要時使用差分線路或遮罩線。 有時，由於輸入/輸出連接器的位置，數位和類比電路的佈線必須混合在一起，這可能會導致電路的類比部分和數位部分相互影響。 這有必要避免在類比功率層附近運行數位時鐘線和高頻類比信號線，否則，功率訊號的雜訊將耦合到敏感的類比信號。 為了實現低阻抗電源和接地網絡，數位電路導線的電感應最小化，類比電路的電容耦合應最小化。 數位電路的頻率高，類比電路的靈敏度强。 對於訊號線，高頻數位信號線應盡可能遠離敏感的類比電路設備。

（2）電源和接地的處理。 在複雜混合電路板的設計中，接地線的佈局和處理是提高電路效能的重要因素。 建議在混合訊號電路板上分離數位接地和類比接地，以實現數位接地和類比接地之間的隔離。 然而，這種方法往往會穿過隔離間隙佈線，這將導致電磁輻射和訊號串擾急劇增加。

瞭解電流返回地面的路徑和方法是優化混合訊號的關鍵 電路板設計. 如果必須劃分地面層, 佈線必須穿過隔板之間的間隙, 可在分開的接地之間進行單點連接，以在兩個接地之間形成連接橋, 然後通過連接橋佈線.