混合PCB電路板設(shè)計(jì)的大問(wèn)題

? ? ?如何降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾呢？在設(shè)計(jì)之前必須了解電磁兼容(EMC)的兩個(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。相反，如果系統(tǒng)存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線(注：小型偶極天線的輻射大小與線的長(zhǎng)度、流過(guò)的電流大小以及頻率成正比)；而如果信號(hào)不能通過(guò)盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線(注：小型環(huán)狀天線的輻射大小與環(huán)路面積、流過(guò)環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比)。在設(shè)計(jì)中要盡可能避免這兩種情況。?

? ? 有人建議將混合信號(hào)電路板上的數(shù)字地和模擬地分割開(kāi)，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(wèn)題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問(wèn)題尤其突出。最關(guān)鍵的問(wèn)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(hào)串?dāng)_都會(huì)急劇增加。在PCB設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是信號(hào)線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問(wèn)題。?

? ? 如何降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾呢？在設(shè)計(jì)之前必須了解電磁兼容(EMC)的兩個(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。相反，如果系統(tǒng)存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線(注：小型偶極天線的輻射大小與線的長(zhǎng)度、流過(guò)的電流大小以及頻率成正比)；而如果信號(hào)不能通過(guò)盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線(注：小型環(huán)狀天線的輻射大小與環(huán)路面積、流過(guò)環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比)。在設(shè)計(jì)中要盡可能避免這兩種情況。?

? ? 有人建議將混合信號(hào)電路板上的數(shù)字地和模擬地分割開(kāi)，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(wèn)題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問(wèn)題尤其突出。最關(guān)鍵的問(wèn)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(hào)串?dāng)_都會(huì)急劇增加。在PCB設(shè)計(jì)中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是信號(hào)線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問(wèn)題。?

? ? 如果系統(tǒng)僅有一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器，上面的問(wèn)題就很容易解決。?

? ? 如圖3中所示，將地分割開(kāi)，在A/D轉(zhuǎn)換器下面把模擬地和數(shù)字地部分連接在一起。采取該方法時(shí)，必須保證兩個(gè)地之間的連接橋?qū)挾扰cIC等寬，并且任何信號(hào)線都不能跨越分割間隙。?

? ? 如果系統(tǒng)中A/D轉(zhuǎn)換器較多，例如10個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器怎樣連接呢？如果在每一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器的下面都將模擬地和數(shù)字地連接在一起，則產(chǎn)生多點(diǎn)相連，模擬地和數(shù)字地之間的隔離就毫無(wú)意義。而如果不這樣連接，就違反了廠商的要求。?

? ? 最好的辦法是開(kāi)始時(shí)就用統(tǒng)一地。?

? ? 如圖4所示，將統(tǒng)一的地分為模擬部分和數(shù)字部分。這樣的布局布線既滿足了IC器件廠商對(duì)模擬地和數(shù)字地管腳低阻抗連接的要求，同時(shí)又不會(huì)形成環(huán)路天線或偶極天線而產(chǎn)生EMC問(wèn)題。?

? ? 如果對(duì)混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一地的做法心存疑慮，可以采用地線層分割的方法對(duì)整個(gè)電路板布局布線，在設(shè)計(jì)時(shí)注意盡量使電路板在后邊實(shí)驗(yàn)時(shí)易于用間距小于1/2英寸的跳線或0歐姆電阻將分割地連接在一起。注意分區(qū)和布線，確保在所有的層上沒(méi)有數(shù)字信號(hào)線位于模擬部分之上，也沒(méi)有任何模擬信號(hào)線位于數(shù)字部分之上。而且，任何信號(hào)線都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙。要測(cè)試該電路板的功能和EMC性能，然后將兩個(gè)地通過(guò)0歐姆電阻或跳線連接在一起，重新測(cè)試該電路板的功能和EMC性能。比較測(cè)試結(jié)果，會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎在所有的情況下，統(tǒng)一地的方案在功能和EMC性能方面比分割地更優(yōu)越。?

? ? #分割地的方法還有用嗎？?

? ? 在以下三種情況可以用到這種方法：一些醫(yī)療設(shè)備要求在與病人連接的電路和系統(tǒng)之間的漏電流很低；一些工業(yè)過(guò)程控制設(shè)備的輸出可能連接到噪聲很大而且功率高的機(jī)電設(shè)備上；另外一種情況就是在PCB的布局受到特定限制時(shí)。?

? ? 在混合信號(hào)PCB板上通常有獨(dú)立的數(shù)字和模擬電源，能夠而且應(yīng)該采用分割電源面。但是緊鄰電源層的信號(hào)線不能跨越電源之間的間隙，而所有跨越該間隙的信號(hào)線都必須位于緊鄰大面積地的電路層上。在有些情況下，將模擬電源以PCB連接線而不是一個(gè)面來(lái)設(shè)計(jì)可以避免電源面的分割問(wèn)題。?

? ? #混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，設(shè)計(jì)過(guò)程要注意以下幾點(diǎn)：?

? ? 1.將PCB分區(qū)為獨(dú)立的模擬部分和數(shù)字部分。?

? ? 2.合適的元器件布局。?

? ? 3.A/D轉(zhuǎn)換器跨分區(qū)放置。?

? ? 4.不要對(duì)地進(jìn)行分割。在電路板的模擬部分和數(shù)字部分下面敷設(shè)統(tǒng)一地。?

? ? 5.在電路板的所有層中，數(shù)字信號(hào)只能在電路板的數(shù)字部分布線。?

? ? 6.在電路板的所有層中，模擬信號(hào)只能在電路板的模擬部分布線。?

? ? 7.實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字電源分割。?

? ? 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(hào)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(guò)的路徑和方式。?

? ? 11.采用正確的布線規(guī)則。