混合信號PCB如何進(jìn)行分區(qū)設(shè)計(jì)，有哪些注意事項(xiàng)？

今天，小編將在這篇文章中為大家?guī)砘旌闲盘?a href="/tags/PCB" target="_blank">PCB設(shè)計(jì)的有關(guān)報(bào)道，通過閱讀這篇文章，大家可以對它具備清晰的認(rèn)識，主要內(nèi)容如下。

一、混合信號PCB設(shè)計(jì)

混合信號，一種說法是未來的系統(tǒng)將是大型的混合信號系統(tǒng)，它所占的比例將會增加一倍，從33%到2005年的66%;另一種說法是每一部份都是建立在超深次微米CMOS上的大型數(shù)位晶片，將來的ASICs會用到多達(dá)一千五百萬個(gè)邏輯們，而類比和混合信號電路將會被留在晶片之外。

人們正在將“混合信號”設(shè)計(jì)和“混合技術(shù)”混為一談，在這兩種說法中，我們正在將類比和數(shù)位電路元件混淆在一起。然而，在混合信號設(shè)計(jì)中，我們正在減少對類比技術(shù)的關(guān)心，本質(zhì)上是用數(shù)位電路執(zhí)行類比功能;但在混合技術(shù)設(shè)計(jì)中，類比技術(shù)，特別是電源技術(shù)正起著更大的作用。

混合信號 PCB 設(shè)計(jì)要求對模擬和數(shù)字電路有基本的了解，以最大程度地減少(如果不能防止的話)信號干擾。構(gòu)成現(xiàn)代系統(tǒng)的元件既有在數(shù)字域運(yùn)行的元件，又有在模擬域運(yùn)行的元件，必須精心設(shè)計(jì)以確保整個(gè)系統(tǒng)的信號完整性。

作為混合信號開發(fā)過程的重要組成部分，PCB 布局可能令人生畏，而元件放置僅僅是開始。還有其他因素必須考慮，包括電路板各層以及如何適當(dāng)管理這些層，以最大程度地減少寄生電容(PCB 的平面間層之間可能會意外產(chǎn)生此類電容)引起的干擾。

接地也是混合信號系統(tǒng)的 PCB 布局設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟。盡管接地是行業(yè)中經(jīng)常爭論的一個(gè)話題，但對于工程師來說，制定一套標(biāo)準(zhǔn)化方法不一定是最簡單的任務(wù)。例如，高質(zhì)量接地的某個(gè)單一問題可能會影響高性能混合信號 PCB 設(shè)計(jì)的整個(gè)布局。因此，不應(yīng)忽略此方面。

二、如何進(jìn)行混合信號PCB分區(qū)設(shè)計(jì)

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，這樣能實(shí)現(xiàn)數(shù)字地和模擬地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問題尤其突出。最關(guān)鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號串?dāng)_都會急劇增加。在PCB設(shè)計(jì)中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問題。

我們采用上述分割方法，而且信號線跨越了兩個(gè)地之間的間隙，信號電流的返回路徑是什么呢?假定被分割的兩個(gè)地在某處連接在一起(通常情況下是在某個(gè)位置單點(diǎn)連接)，在這種情況下，地電流將會形成一個(gè)大的環(huán)路。流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過大環(huán)路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號干擾。最糟糕的是當(dāng)把分割地在電源處連接在一起時(shí)，將形成一個(gè)非常大的電流環(huán)路。另外，模擬地和數(shù)字地通過一個(gè)長導(dǎo)線連接在一起會構(gòu)成偶極天線。

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(jì)的關(guān)鍵。許多設(shè)計(jì)工程師僅僅考慮信號電流從哪兒流過，而忽略了電流的具體路徑。如果必須對地線層進(jìn)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(jìn)行單點(diǎn)連接，形成兩個(gè)地之間的連接橋，然后通過該連接橋布線。這樣，在每一個(gè)信號線的下方都能夠提供一個(gè)直接的電流回流路徑，從而使形成的環(huán)路面積很小。

采用光隔離器件或變壓器也能實(shí)現(xiàn)信號跨越分割間隙。對于前者，跨越分割間隙的是光信號;在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁場。還有一種可行的辦法是采用差分信號：信號從一條線流入從另外一條信號線返回，這種情況下，不需要地作為回流路徑。

要深入探討數(shù)字信號對模擬信號的干擾必須先了解高頻電流的特性。高頻電流總是選擇阻抗最小(電感最低)，直接位于信號下方的路徑，因此返回電流會流過鄰近的電路層，而無論這個(gè)臨近層是電源層還是地線層。

在實(shí)際工作中一般傾向于使用統(tǒng)一地，而將PCB分區(qū)為模擬部分和數(shù)字部分。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。

只有將數(shù)字信號布線在電路板的模擬部分之上或者將模擬信號布線在電路板的數(shù)字部分之上時(shí)，才會出現(xiàn)數(shù)字信號對模擬信號的干擾。出現(xiàn)這種問題并不是因?yàn)闆]有分割地，真正的原因是數(shù)字信號的布線不適當(dāng)。

三、混合信號PCB設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

1、將PCB分區(qū)為獨(dú)立的類比部份和數(shù)位部份。

2、合適的零組件布局。

3、A/D轉(zhuǎn)換器跨分區(qū)放置。

4、不要對地進(jìn)行分割。在電路板的類比部份和數(shù)位部份下面敷設(shè)統(tǒng)一地。

5、在電路板的所有層中，數(shù)位信號只能在電路板的數(shù)位部份布線。

6、在電路板的所有層中，類比信號只能在電路板的類比部份布線。

7、實(shí)現(xiàn)類比和數(shù)位電源分割。

8、布線不能跨越分割電源面之間的間隙。

9、必須跨越分割電源之間間隙的信號線要位于緊鄰大面積地的布線層上。

10、分析返回地電流實(shí)際流過的路徑和方式。

11、采用正確的布線規(guī)則。

12、元件放量方面，與建造房屋類似，放置電路元件之前必須創(chuàng)建系統(tǒng)的平面規(guī)劃圖。此步驟將奠定系統(tǒng)設(shè)計(jì)的整體完整性，并應(yīng)有助于避免高噪聲信號干擾。

在制定平面圖時(shí)，建議遵循原理圖的信號路徑，尤其是對于高速電路。元件的位置也是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵方面。設(shè)計(jì)人員應(yīng)能識別重要的功能模塊、信號以及模塊之間的連接，從而確定各元件在系統(tǒng)中的最佳位置。例如，連接器最好放置在板的邊緣，而輔助元件(如去耦電容和晶振)必須盡可能靠近混合信號器件放置。

13、電源模塊方面，電源是電路的重要組成部分，應(yīng)妥善處理。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，電源模塊必須與電路的其余部分隔離，同時(shí)仍應(yīng)靠近其供電的元件。

復(fù)雜系統(tǒng)中的器件可能有多個(gè)電源引腳，在這種情況下，模擬部分和數(shù)字部分可以分別使用專用電源模塊，以避免高噪聲數(shù)字干擾。

另一方面，電源布線應(yīng)短而直，并使用寬走線以減小電感和避免限流。

以上便是小編此次想要和大家共同分享的有關(guān)混合信號PCB設(shè)計(jì)的內(nèi)容，如果你對本文內(nèi)容感到滿意，不妨持續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站喲。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!