《溷合电路PCB分区设计指南》.pdf

PCB LAYOUT GUIDE LINE 第一章：混合信号 PCB 的分区设计 摘要：混合信号电路 PCB 的设计很复杂，元器件的布局、布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路性 能和电磁兼容性能。本文介绍的地和电源的分区设计能优化混合信号电路的性能。 如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢？在设计之前必须了解电磁兼容(EMC) 的两个基本原 则：第一个原则是尽可能减小电流环路的面积；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(注：小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及 频率成正比) ；而如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线(注：小型环状天 线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比) 。在设计中要尽可能避免这两种情 况。 所有电流必须有流回源的回路。该回路的产生会自动寻找最小阻抗的路径。通常在具有电源/地层平面 的PCB 结构中，会直接在信号线下方的平面上（电源或地）。该回流信号（电流）与原信号（电流）幅度 相同、方向相反。 I 1 i(D) 0 × π×H 1+(D / H )2 I0 — 信号总电流，A H — 信号线到参考平面的距离，m D — 观测点到信号线中心的垂直距离，m i(D) —观测点的回流电流密度，A/in 一：分割 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。 Written by 沈高飞 惠州华阳通用深圳研发中心 a_feiy@126.com 1 PCB LAYOUT GUIDE LINE 如图 1 所示，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。 同时要注意以下两点： 参考平面的开槽 不适当的参考平面的开槽，将增加信号的环路面积。 D W 连接器的隔离盘 连接器在参考平面上不适当的隔离盘，将增加信号的环路面积。 Written by 沈高飞 惠州华阳通用深圳研发中心 a_feiy@126.com 2 PCB LAYOUT GUIDE LINE 信号环路面积增加，将产生额外的感抗，减慢信号边沿速率，并在临近信号线上产生互感串扰 L 5D ln( D ) nH W L T 2.2 × − L R 10 90 / 2 ×Z 0 Tr (T )2 +(T )2 T 3.4 × L ×C （短线） 10 90 / 10 90