关于混合信号PCB的分区设计，你了解吗？

发布于：2024-07-17 编辑：匿名来源：网络

混合信号PCB的分区设计是什么？本文通过实例与大家分享如何进行混合信号PCB的分区设计。

废话不多说，我们直接进入主题。

请做好笔记！如何减少数量？信号与模拟信号之间的相互干扰怎么办？设计之前，必须了解电磁兼容（EMC）的两个基本原则：　　第一原则是尽可能减小电流环路面积；　　第二个原则是系统只使用一个参考面。

相反，如果系统中有两个参考平面，则可以构成偶极子天线（注：小偶极子天线的辐射大小与线路长度、流过的电流大小成正比，频率）；而如果信号不能通过尽可能小的环路返回时，就有可能形成大环路天线（注：小环路天线的辐射大小与环路面积成正比，流过环路的电流，和频率的平方）。

设计中应尽量避免这两种情况。

　　有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分开，这样可以实现数字地和模拟地的隔离。

虽然这种方法是可行的，但存在许多潜在的问题，特别是在大型复杂的系统中。

最关键的问题是布线不能跨越分隔间隙。

布线一旦跨越分隔间隙，电磁辐射和信号串扰就会急剧增加。

PCB 设计中最常见的问题是信号线跨越单独的地线或电源而引起的 EMI 问题。

　　我们采用上面的划分方法，信号线跨越两地之间的间隙。

信号电流的返回路径是什么？　　假设两个分开的地在某处连接在一起（通常以下是某个位置的单点连接），在这种情况下，地电流将形成一个大环路。

高频电流流经大环路会产生辐射和较高的接地电感。

如果大环路中有低电平模拟电流流过，电流很容易受到外部信号的干扰。

最糟糕的是，当分离的接地在电源处连接在一起时，将形成非常大的电流环路。

此外，通过长电线将模拟地和数字地连接在一起会形成偶极天线。

　　了解电流返回地面的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。

很多设计工程师只考虑信号电流流向哪里，而忽略了电流的具体路径。

如果必须分割地层，必须从分割地之间的间隙走线，可以在分割的地之间进行单点连接，形成两地之间的连接桥，然后再通过分割地之间的间隙走线。

连接桥。

这样，可以在每条信号线下方提供直流返回路径，从而形成较小的环路面积。

　　使用光隔离器件或变压器也可以实现信号跨越分界间隙。

对于前者，跨越分割间隙的是光信号；对于前者，跨越分割间隙的是光信号。

对于变压器来说，跨越分段间隙的是磁场。

另一种可能的方法是使用差分信号：信号从一条线路流出并从另一条信号线路返回。

在这种情况下，不需要接地作为返回路径。

　　要深入研究数字信号对模拟信号的干扰，首先要了解高频电流的特性。

高频电流总是选择信号正下方阻抗最小（电感最低）的路径，因此返回电流会流经相邻的电路层，无论相邻层是电源层还是接地层。

　　在实际工作中，我们一般倾向于采用统一地，并将PCB分为模拟部分和数字部分。

模拟信号在电路板各层的模拟区域布线，而数字信号在数字电路区域布线。

在这种情况下，数字信号返回电流不会流向模拟信号地。

　　仅当在电路板的模拟部分上路由数字信号或在电路板的数字部分上路由模拟信号时，才会发生数字信号对模拟信号的干扰。

由于没有单独的接地，因此不会出现此问题。

真正的原因是数字信号接线不当。

　　PCB设计采用统一地线，通过数字电路和模拟电路的划分和适当的信号走线，通常可以解决一些较难的布局和布线问题，同时也不会造成一些因局部划分而带来的潜在麻烦。

在这种情况下，元件的布局和划分就成为决定设计质量的关键。

如果布局正确，数字接地电流将被限制在电路板的数字部分，并且不会干扰模拟信号。

此类接线必须经过仔细检查和验证，以确保 100% 符合接线规则。

否则，布线不当的信号线可能会完全毁掉原本很棒的电路板。

　　将A/D转换器的模拟地和数字地引脚连接在一起时，大多数A/D转换器制造商都会建议：通过最短的引线将AGND和DGND引脚连接到同一低地。

到地阻抗（注：由于大多数A/D转换芯片内部没有将模拟地和数字地连接在一起，因此模拟地和数字地必须通过外部引脚连接），任何连接到DGND的外部阻抗都会通过寄生电容耦合更多IC 内部模拟电路的数字噪声。

根据这个建议，A/D转换器的AGND和DGND引脚都需要连接到模拟地，但是这种方法会带来诸如数字信号去耦电容的地端是否应该连接到模拟地等问题。

地或数字地。

　　如果系统只有一个A/D转换器，上述问题就可以轻松解决。

如图3所示，将A/D转换器下方的地分开，并将模拟地和数字地部分连接在一起。

采取这种方法时，必须保证两地之间的连接桥的宽度与IC的宽度相同，并且任何信号线都不能跨越分离间隙。

　　如果系统中有多个A/D转换器，例如10个A/D转换器如何连接？如果每个A/D转换器下面的模拟地和数字地连接在一起，就会产生多点连接，模拟地和数字地之间的隔离是没有意义的。

而如果不这样连接的话，就违反了厂家的要求。

　　最好的办法就是从统一土地开始。

将统一地分为模拟部分和数字部分。

这种布局和走线不仅满足IC器件制造商对模拟地和数字地引脚低阻抗连接的要求，同时也不会形成环形天线或偶极天线而引起EMC问题。

　　如果您对采用统一方法进行混合信号PCB设计有疑问，可以使用接地层分离方法对整个电路板进行布局和布线。

设计时要注意使电路板便于后续实验时使用。

间距小于 1 /2 英寸的跳线或 0 欧姆电阻将分开的接地连接在一起。

注意分区和布线，确保所有层上没有数字信号线位于模拟部分上方，也没有任何模拟信号线位于数字部分上方。

此外，任何信号线都不能跨越接地间隙或分隔电源之间的间隙。

要测试电路板的功能和 EMC 性能，然后用 0 欧姆电阻或跳线将两个接地连接在一起，并重新测试电路板的功能和 EMC 性能。

对比测试结果会发现，几乎在所有情况下，统一方案在功能和EMC性能方面都优于分割方案。

　　此方法可用于以下三种情况：某些医疗设备要求与患者连接的电路和系统之间的漏电流较低；一些工业过程控制设备的输出可能连接到噪声大、功率大的机电设备上；另一种情况是当PCB的布局受到特定限制时。

　　在混合信号 PCB 板上通常有单独的数字和模拟电源，并且可以而且应该使用分离电源层。

然而，紧邻电源层的信号线不能跨越电源之间的间隙，所有跨越间隙的信号线必须位于邻近大面积地的电路层上。

在某些情况下，将模拟电源设计为PCB连接线而不是平面可以避免电源平面分割的问题。

　　#混合信号PCB设计是一个复杂的过程。

设计过程中应注意以下几点：　　1．将 PCB 分为独立的模拟部分和数字部分。

　　2。

合适的组件布局。

　　3.A/D转换器跨分区放置。

　　4。

不要分割地面。

在电路板的模拟和数字部分下方铺设统一的接地线。

　　5。

在电路板的所有层中，数字信号只能在电路板的数字部分走线。

　　6。

在电路板的所有层中，模拟信号只能在电路板的模拟部分走线。