混合信号 PCB 设计：是什么让它变得困难？

我们讨论了印刷电路板 (PCB) 设计师在谈到进行混合信号设计时最可能指的是什么。作为其中的一部分，我们考虑了可能涉及的不同类型的电路，并且我们触及了每种电路所涉及的高级差异和挑战。

现在，您可能想知道为什么这些真的很重要，以及为什么它比实施纯模拟 PCB 设计更难。

混合信号PCB设计要求对模拟和数字电路有基本的了解，以最大程度地减少(如果不能防止的话)信号干扰。构成现代系统的元件既有在数字域运行的元件，又有在模拟域运行的元件，必须精心设计以确保整个系统的信号完整性。

作为混合信号开发过程的重要组成部分，PCB布局可能令人生畏，而元件放置仅仅是开始。还有其他因素必须考虑，包括电路板各层以及如何适当管理这些层，以最大程度地减少寄生电容 (PCB的平面间层之间可能会意外产生此类电容)引起的干扰。

接地也是混合信号系统的PCB布局设计中的一个重要步骤。尽管接地是行业中经常争论的一个话题，但对于工程师来说，制定一套标准化方法不一定是最简单的任务。例如，高质量接地的某个单一问题可能会影响高性能混合信号PCB设计的整个布局。因此，不应忽略此方面。

不要误会我们的意思……

让我们马上澄清一件事——所有 PCB 设计都具有挑战性，无论是否混合信号。从头到尾开发设计意味着一系列步骤和决策，所有这些都与权衡和妥协混合在一起，最终产生(希望)满足您继承的要求的成品。让我们从 PCB 设计的角度快速浏览其中的一些设计步骤。

· 定义您的要求

o 在我们看来，这无疑是当今设计工作中最被低估和未充分利用的步骤。没有明确的要求，取得成功将变得更加困难。(也许我们会在以后的专栏中更深入地探讨这个主题。)

· 规划设计

o 尽早选择关键和核心组件。如果您正在使用具有 16 个相同模拟输入通道的模拟 PCB，那么请做功课和研究以找到要使用的完美运算放大器。如果您正在开发 Wi-Fi 模块，请阅读可用的 PA/LNA 设备和射频收发器。也许使用一个完整的模块更有意义。关键是在启动原理图捕获工具之前做好这项工作。计划、计划、计划——然后你就可以担心执行了。

o 绘制框图。电源树、信号流、平面规划和系统互连只是可以从早期图表中获益的几个例子。

o 考虑 PCB 叠层、材料和约束。

· 捕捉原理图

o 完成规划并选择关键组件后，您应该有信心开始捕捉电路设计意图。

o 不要忘记记录您的所有设计决策。历史参考很重要;两年后，当您出于各种原因需要重新访问 PCB 时，捕获关键决策对您来说将具有不可估量的价值。

· 布局印刷电路板

o 将铜放在 FR-4(或您可能决定使用的任何 PCB 材料)上并准备订购您的 PCB。

以上提供了一个很好的概述，任何 PCB 设计都应牢记在心，但每种类型的电路设计都有其自身的细微差别和挑战。

想象一下，执行我们刚刚为 E3 可能认为适用于大多数行业的典型 PCB 概述的步骤：

· ARM 处理器和/或 FPGA

· 高速串行通信

· 模拟信号调理和处理

· 电源转换

对于各行各业的嵌入式控制器来说，这是一种相当常见的电路组合。这里有许多以预期方式交互的事物，您还需要防止它们以非预期方式交互。考虑几个例子：

· 您不希望您的高速通信耦合到模拟信号中。

· 您不希望来自电源转换的高电流环路耦合到任何东西中。

现在开始向组合中添加更多类型的电路——例如 RF 设计——问题开始复杂化并进一步限制您的设计。很快，您将面临艰巨的挑战。

总结(暂时)

不用担心!当然，做这样的工作很有挑战性，有时看起来绝对是一项不可能完成的任务，即使对于经验最丰富的设计师来说也是如此，但我们保证这是可以做到的。我们就是活生生的证据。

当我们毕业时，我们对此知之甚少，但在我们职业生涯的 10 年里，我们被认为是非常优秀的设计工程师(请原谅我们缺乏谦逊)。

使混合信号设计变得困难的事情也使它变得有趣。它促使您学习新事物并批判性地思考基本的工程原理。我们甚至没有涵盖来自您自己的设计需求之外的约束——例如安全、EMC/EMI 和环境法规的统一标准。然后是产品驱动的约束，但我们离题了……