如何優化混合信號電路PCB設計的性能

混合信號電路PCB設計很復雜，元器件的布局、布線以及電源和地線的處理將直接影響到電路性能和電磁兼容性能。本文介紹的地和電源的分區設計能優化混合信號電路的性能。

如何降低數字信號和模擬信號間的相互干擾呢？在設計之前必須了解電磁兼容（EMC）的兩個基本原則：第一個原則是盡可能減小電流環路的面積；第二個原則是系統只采用一個參考面。相反，如果系統存在兩個參考面，就可能形成一個偶極天線（注：小型偶極天線的輻射大小與線的長度、流過的電流大小以及頻率成正比）；而如果信號不能通過盡可能小的環路返回，就可能形成一個大的環狀天線（注：小型環狀天線的輻射大小與環路面積、流過環路的電流大小以及頻率的平方成正比）。在設計中要盡可能避免這兩種情況。

所有電流必須有流回源的回路。該回路的產生會自動尋找最小阻抗的路徑。通常在具有電源/地層平面的PCB結構中，會直接在信號線下方的平面上（電源或地）。該回流信號（電流）與原信號（電流）幅度相同、方向相反。I0 — 信號總電流，A H — 信號線到參考平面的距離，m D — 觀測點到信號線中心的垂直距離，m i（D） —觀測點的回流電流密度，A/in一：分割 有人建議將混合信號上的數字地和模擬地分割開，這樣能實現數字地和模擬地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在復雜的大型系統中問題尤其突出。最關鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號串擾都會急劇增加。

在PCB設計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源而產生EMI問題。我們采用上述分割方法，而且信號線跨越了兩個地之間的間隙，信號電流的返回路徑是什么呢？假定被分割的兩個地在某處連接在一起（通常情況下是在某個位置單點連接），在這種情況下，地電流將會形成一個大的環路。流經大環路的高頻電流會產生輻射和很高的地電感，如果流過大環路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號干擾。最糟糕的是當把分割地在電源處連接在一起時，將形成一個非常大的電流環路。另外，模擬地和數字地通過一個長導線連接在一起會構成偶極天線。 同時要注意以下兩點：參考平面的開槽，不適當的參考平面的開槽，將增加信號的環路面積。