高速PCB設(shè)計中，數(shù)模混合電路PCB設(shè)計中的干擾問題一直是一個難題。尤其模擬電路一般是信號的源頭，能否正確接收和轉(zhuǎn)換信號是PCB設(shè)計要考慮的重要因素。文章通過分析數(shù)模混合電路干擾產(chǎn)生的機理，結(jié)合設(shè)計實踐，探討了數(shù)模混合電路的一般處理方法，并通過設(shè)計實例得到驗證。
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。現(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、增益用軟件實現(xiàn)控制則必須數(shù)字化，所以在一塊板上經(jīng)常同時存在數(shù)字電路和模擬電路，甚至共享相同的元件。考慮到它們之間的相互干擾問題以及對電路性能的影響，電路的布局和布線必須要有一定的原則。混合信號PCB設(shè)計中對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)計時布局和布線的復(fù)雜度。在此，通過分析高密度混合信號PCB的布局和布線設(shè)計，來達到要求的PCB設(shè)計目標(biāo)。
二、數(shù)模混合電路干擾的產(chǎn)生機理
模擬信號與數(shù)字信號相比，對噪聲的敏感程度要大得多，因為模擬電路的工作依賴連續(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)字電路的工作依賴在接收端根據(jù)預(yù)先定義的電壓電平或門限對高電平或低電平的檢測，具有一定的抗干擾能力。但在混合信號環(huán)境中，數(shù)字信號相對模擬信號而言是一種噪聲源。數(shù)字電路工作時，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)榈碗妷海撈骷慕拥毓苣_就會放電，產(chǎn)生開關(guān)電流，這就是電路的開關(guān)動作。數(shù)字電路的速度越快，其開關(guān)時間一般也要求越短，當(dāng)大量的開關(guān)電路同時由邏輯高電平變?yōu)檫壿嫷碗娖綍r，由于地線通過電流的能力不夠，大量的開關(guān)電流就會引起邏輯地電壓發(fā)生波動，我們稱為地彈。數(shù)字電路造成的地彈噪聲和電源擾動，如果耦合到模擬電路中，就會影響模擬電路的工作性能。由于相當(dāng)多的干擾源是通過電源和地總線產(chǎn)生的，其中地線引起的噪聲干擾最大，所以在PCB設(shè)計時對地和電源的設(shè)計就顯得尤為重要。
三、數(shù)模混合電路PCB設(shè)計的一般處理原則
上面講了混合電路干擾的產(chǎn)生機理，那么如何降低數(shù)字信號和模擬信號間的相互干擾呢？在設(shè)計之前必須了解電磁兼容（EMC）的兩個基本原則：第一個原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積，如果信號不能通過盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個大的環(huán)狀天線。第二個原則是系統(tǒng)只采用一個參考面，相反，如果系統(tǒng)存在兩個參考面，就可能形成一個偶極天線。在設(shè)計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因素就是將模擬電路部分與數(shù)字電路部分器件分開放置，模擬信號在電路板所有層的模擬區(qū)內(nèi)布線，而數(shù)字信號在數(shù)字電路區(qū)內(nèi)布線。在這種情況下，數(shù)字信號返回電流不會流入到模擬信號的地。對于一些頻率高有特殊要求的線最好手工布線，必要時走差分線或屏蔽線。有時由于輸入/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)字時鐘線和高頻模擬信號線，否則，電源信號的噪聲將耦合到敏感的模擬信號之中。要設(shè)法實現(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，對信號線來說，高頻的數(shù)字信號線盡可能遠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電路板上的數(shù)字地和模擬地分割開，以實現(xiàn)數(shù)字地和模擬地之間的隔離。但這種方法往往會跨越分割間隙布線，這樣會引起電磁輻射和信號串?dāng)_急劇增加。
了解電流回流到地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號電路板設(shè)計的關(guān)鍵。如果必須對地線層進行分割，而且必須通過分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進行單點連接，形成兩個地之間的連接橋，然后通過該連接橋布線。
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