混合信號(hào)電路PCB的設(shè)計(jì)很復(fù)雜，元器件的布局、布線(xiàn)以及電源線(xiàn)和地線(xiàn)的處理將直接影響到電路性能和電磁兼容性能。本文將介紹數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)設(shè)計(jì)，以?xún)?yōu)化混合信號(hào)電路的性能。

　　在PCB板中，降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾，在設(shè)計(jì)之前必須了解電磁兼容（EMC）的兩個(gè)基本原則：

　　· 盡可能減小電流環(huán)路的面積；

　　· 系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。

　　如果系統(tǒng)中存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線(xiàn)。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(xiàn)，在設(shè)計(jì)中要盡可能避免這種情況。

　　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。盡管這種方法是可行的，但是這種方法也存在著很多潛在的問(wèn)題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問(wèn)題尤其突出，關(guān)鍵的問(wèn)題是不能跨越分割間隙布線(xiàn)，一旦跨越了分割間隙布線(xiàn)，電磁輻射和信號(hào)串?dāng)_都會(huì)急劇增加。在PCB設(shè)計(jì)中常見(jiàn)的問(wèn)題就是信號(hào)線(xiàn)跨越分割地或電源線(xiàn)而產(chǎn)生EMI問(wèn)題。

　　1．分割方式1

　　如果采用如圖1所示的分割方式1，信號(hào)線(xiàn)跨越了兩個(gè)地之間的間隙，那么信號(hào)電流的返回路徑是什么昵？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(huì)形成一個(gè)大的環(huán)路，流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會(huì)產(chǎn)生輻射和很高的電感。

　　圖1 分割方式1

　　如果流過(guò)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(hào)干擾。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(guò)一個(gè)長(zhǎng)導(dǎo)線(xiàn)連接在ˉ起會(huì)構(gòu)成偶極天線(xiàn)。

　　了解電流回流到地的路徑和方式是優(yōu)化混合信號(hào)電路板設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。許多設(shè)計(jì)僅僅考慮信號(hào)電流從哪兒流過(guò)，而忽略了電流的具體路徑。如果必須對(duì)地線(xiàn)層進(jìn)行分割，且必須通過(guò)分割之間的間隙布線(xiàn)，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(guò)該連接橋布線(xiàn)。這樣，在每一個(gè)信號(hào)線(xiàn)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(hào)跨越分割間隙。對(duì)于前者，跨越分割間隙的是光信號(hào)；對(duì)于后者，跨越分割間隙的是磁場(chǎng)。還有一種可行的辦法是采用差分信號(hào)：信號(hào)從一條線(xiàn)流入，從另外一條信號(hào)線(xiàn)返回，這種情況下，不需要把地作為回流路徑。

　　2．分割方式2

　　在實(shí)際工作中一般使用統(tǒng)一地，而將PCB分區(qū)為模擬部分和數(shù)字部分，圖2所示為分

　　割方式2。模擬信號(hào)在電路板所有層的模擬區(qū)內(nèi)布線(xiàn)，而數(shù)字信號(hào)在數(shù)字電路區(qū)內(nèi)布線(xiàn)。在這種情況下，數(shù)字信號(hào)返回電流不會(huì)流入到模擬信號(hào)的地。

　　圖2 分割方式2

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

　　PCB板設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一地，通過(guò)數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)以及合適的信號(hào)布線(xiàn)，通?？梢越鉀Q一些比較復(fù)雜的布局布線(xiàn)問(wèn)題，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生因地分割帶來(lái)的一些潛在的麻煩。在這種情況下，元器件的布局和分區(qū)就成為決定設(shè)計(jì)優(yōu)劣的關(guān)鍵。

　　如果布局布線(xiàn)合理，數(shù)字地電流將被限制在電路板的數(shù)字部分，不會(huì)干擾模擬信號(hào)。對(duì)于這樣的布線(xiàn)必須仔細(xì)地檢查和核對(duì)，要保證遵守布線(xiàn)規(guī)則，否則，一條信號(hào)線(xiàn)走線(xiàn)不當(dāng)就會(huì)徹底破壞一個(gè)電路板的設(shè)計(jì)。

　　3．A/D分區(qū)

　　在將A／D轉(zhuǎn)換器的模擬地和數(shù)字地管腳連接在一起時(shí)，大多數(shù)的A／D轉(zhuǎn)換器廠商會(huì)建議將AGND和DGND管腳通過(guò)短的引線(xiàn)連接到同一個(gè)低阻抗的地上，因?yàn)榇蠖鄶?shù)A／D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部沒(méi)有將模擬地和數(shù)字地連接在一起，必須通過(guò)外部管腳實(shí)現(xiàn)模擬地和數(shù)字地的連接，任何與DGND連接的外部阻抗都會(huì)通過(guò)寄生電容將更多的數(shù)字噪聲耦合到IC內(nèi)部的模擬電路上。按照這個(gè)建議，需要把A／D轉(zhuǎn)換器的AGND和DGND管腳都連接到模擬地上。

　　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。

　　圖3 一個(gè)A／D的分區(qū)

　　如果系統(tǒng)中A／D轉(zhuǎn)換器較多時(shí)，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。

　　的辦法是開(kāi)始時(shí)就用統(tǒng)一地，如圖4所示，將統(tǒng)一地分為模擬部分和數(shù)字部分。

　　這樣的布局布線(xiàn)既滿(mǎn)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(xiàn)或偶極天線(xiàn)。

　　圖4 多個(gè)A／D的分區(qū)