混合信号PCB如何进行分区设计，有哪些注意事项？

今天，小编将在这篇文章中为大家带来混合信号PCB设计的有关报道，通过阅读这篇文章，大家可以对它具备清晰的认识，主要内容如下。

一、混合信号PCB设计

混合信号，一种说法是未来的系统将是大型的混合信号系统，它所占的比例将会增加一倍，从33%到2005年的66%;另一种说法是每一部份都是建立在超深次微米CMOS上的大型数位晶片，将来的ASICs会用到多达一千五百万个逻辑们，而类比和混合信号电路将会被留在晶片之外。

人们正在将“混合信号”设计和“混合技术”混为一谈，在这两种说法中，我们正在将类比和数位电路元件混淆在一起。然而，在混合信号设计中，我们正在减少对类比技术的关心，本质上是用数位电路执行类比功能;但在混合技术设计中，类比技术，特别是电源技术正起著更大的作用。

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。

二、如何进行混合信号PCB分区设计

有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的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设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。

我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两个地之间的间隙，信号电流的返回路径是什么呢?假定被分割的两个地在某处连接在一起(通常情况下是在某个位置单点连接)，在这种情况下，地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平模拟电流，该电流很容易受到外部信号干扰。最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。另外，模拟地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。

了解电流回流到地的路径和方式是优化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅仅考虑信号电流从哪儿流过，而忽略了电流的具体路径。如果必须对地线层进行分割，而且必须通过分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后通过该连接桥布线。这样，在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流回流路径，从而使形成的环路面积很小。

采用光隔离器件或变压器也能实现信号跨越分割间隙。对于前者，跨越分割间隙的是光信号;在采用变压器的情况下，跨越分割间隙的是磁场。还有一种可行的办法是采用差分信号：信号从一条线流入从另外一条信号线返回，这种情况下，不需要地作为回流路径。

要深入探讨数字信号对模拟信号的干扰必须先了解高频电流的特性。高频电流总是选择阻抗最小(电感最低)，直接位于信号下方的路径，因此返回电流会流过邻近的电路层，而无论这个临近层是电源层还是地线层。

在实际工作中一般倾向于使用统一地，而将PCB分区为模拟部分和数字部分。模拟信号在电路板所有层的模拟区内布线，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模拟信号的地。

只有将数字信号布线在电路板的模拟部分之上或者将模拟信号布线在电路板的数字部分之上时，才会出现数字信号对模拟信号的干扰。出现这种问题并不是因为没有分割地，真正的原因是数字信号的布线不适当。

三、混合信号PCB设计注意事项

1、将PCB分区为独立的类比部份和数位部份。

2、合适的零组件布局。

3、A/D转换器跨分区放置。

4、不要对地进行分割。在电路板的类比部份和数位部份下面敷设统一地。

5、在电路板的所有层中，数位信号只能在电路板的数位部份布线。

6、在电路板的所有层中，类比信号只能在电路板的类比部份布线。

7、实现类比和数位电源分割。

8、布线不能跨越分割电源面之间的间隙。

9、必须跨越分割电源之间间隙的信号线要位于紧邻大面积地的布线层上。

10、分析返回地电流实际流过的路径和方式。

11、采用正确的布线规则。

12、元件放量方面，与建造房屋类似，放置电路元件之前必须创建系统的平面规划图。此步骤将奠定系统设计的整体完整性，并应有助于避免高噪声信号干扰。

在制定平面图时，建议遵循原理图的信号路径，尤其是对于高速电路。元件的位置也是设计的关键方面。设计人员应能识别重要的功能模块、信号以及模块之间的连接，从而确定各元件在系统中的最佳位置。例如，连接器最好放置在板的边缘，而辅助元件(如去耦电容和晶振)必须尽可能靠近混合信号器件放置。

13、电源模块方面，电源是电路的重要组成部分，应妥善处理。根据经验，电源模块必须与电路的其余部分隔离，同时仍应靠近其供电的元件。

复杂系统中的器件可能有多个电源引脚，在这种情况下，模拟部分和数字部分可以分别使用专用电源模块，以避免高噪声数字干扰。

另一方面，电源布线应短而直，并使用宽走线以减小电感和避免限流。

以上便是小编此次想要和大家共同分享的有关混合信号PCB设计的内容，如果你对本文内容感到满意，不妨持续关注我们网站哟。最后，十分感谢大家的阅读，have a nice day!