混合信号电路的PCB板设计非常繁琐复杂,电源和地线处理会直接影响电磁兼容和电路板性能。电源和地线在复杂大型系统中问题尤其突出,这里主要介绍混合信号电路的电源和地线的分区设计。 要降低数字信号和仿真信号间相互干扰,在设计前必须了解电磁兼容 (EMC) 两个基本原则︰第一个原则是尽可能减小电流环路面积;第二个原则是系统只采用一个参考面。相反,如果系统存在两个参考面,就可能形成一个偶极天线 ;而如果信号不能通过尽可能小环路返回,就可能形成一个大环状天线 。在设计中要尽可能避免这两种情况。将混合信号电路板上数字地和仿真地分割开,能实现数字地和仿真地之间隔离,但存在很多潜在问题,在复杂大型系统中问题尤其突出。最关键问题是不能跨越分割间隙布线,一旦跨越了分割间隙布线,电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。在 PCB 设计中最常见问题就是信号线跨越分割地或电源而产生 EMI 问题。 电流回流到地路径和方式是优化混合信号电路板设计关键。如果必须对地线层进行分割,而且必须通过分割之间间隙布线,可以先在被分割地之间进行单点连接,形成两个地之间连接桥,然后通过该连接桥布线。这样,在每一个信号线下方都能够提供一个直接电流回流路径,从而使形成环路面积很小。采用光隔离器件或变压器也能实现信号跨越分割间隙。 在实际工作中一般倾向于使用统一地,而将 PCB 分区为仿真部分和数字部分。仿真信号在电路板所有层仿真区内布线,而数字信号在数字电路区内布线。在这种情况下,数字信号返回电流不会流入到仿真信号地。只有将数字信号布线在电路板仿真部分之上或者将仿真信号布线在电路板数字部分之上时,才会出现数字信号对仿真信号干扰。出现这种问题是数字信号布线不适当。 PCB 设计采用统一地,通过数字电路和仿真电路分区以及合适信号布线,通常可以解决一些比较困难布局布线问题,同时也不会产生因地分割带来一些潜在麻烦。在这种情况下,元器件布局和分区就成为决定设计优劣关键。如果布局布线合理,数字地电流将限制在电路板数字部分,不会干扰仿真信号。对于这样布线必须仔细地检查和核对,要保证百分之百遵守布线规则。否则,一条信号线走线不当就会彻底破坏一个本来非常不错电路板。
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