模擬與數字布局(2)

二、模擬和數字領(lǐng)域布線(xiàn)要領(lǐng)的不同之處

1、地平面可能是個(gè)難題

電路板布線(xiàn)的基本知識既適用于模擬電路，也適用于數字電路。一個(gè)基本的經(jīng)驗準則是使用不間斷的地平面，這一基本準則可降低了數字電路中的dI/dt(電流隨時(shí)間的變化)效應，因為dI/dt效應會(huì )造成地的電勢并使噪聲進(jìn)入模擬電路。

數字和模擬電路的布線(xiàn)技巧基本相同，但有一點(diǎn)除外。對于模擬電路，還要另外一點(diǎn)需要注意，就是要將數字信號線(xiàn)和地平面中的回路盡量遠離模擬電路。這一點(diǎn)可以通過(guò)如下做法來(lái)實(shí)現：將模擬地平面單獨連接到系統地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最遠端，也就是線(xiàn)路的末端。這樣做是為了保持信號路徑所受到的外部干擾最小。對于數字電路就不需要這樣做，數字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會(huì )出現問(wèn)題。

2、元件的位置

如上所述，在每個(gè)PCB設計中，電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開(kāi)。一般來(lái)說(shuō)，數字電路“可含”噪聲，而且對噪聲不敏感(因為數字電路有較大的電壓噪聲容限);相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對開(kāi)關(guān)噪聲最為敏感。在混合信號系統的布線(xiàn)中，這兩種電路要分隔開(kāi)，如圖4所示，其4(a)將電路的數字和模擬部分分隔開(kāi)， 數字電路應靠近接扦件和電源位置;其4(b)盡可能將高頻和低頻分開(kāi)，其高頻元件應放置在接扦件和電源附近。

3、PCB設計產(chǎn)生的寄生電容和寄生電感

PCB設計中可能會(huì )產(chǎn)生的問(wèn)題是， 寄生電容和寄生電感很容易形成。

寄生電容的產(chǎn)生與減少

設計電路板時(shí)，放置兩條彼此靠近的走線(xiàn)就會(huì )產(chǎn)生寄生電容，這是用了以下走線(xiàn)方法所產(chǎn)生的，見(jiàn)圖5所示。即在不同的兩層，將一條走線(xiàn)放置在另一條走線(xiàn)的上方;或者在同一層，將一條走線(xiàn)放置在另一條走線(xiàn)的旁邊。

在這兩種走線(xiàn)配置中，一條走線(xiàn)上電壓隨時(shí)間的變化(dV/dt)可能在另一條走線(xiàn)上產(chǎn)生電流。如果另一條走線(xiàn)是高阻抗的，電場(chǎng)產(chǎn)生的電流將轉化為電壓。

快速電壓瞬變最常發(fā)生在模擬信號設計的數字側。如果發(fā)生快速電壓瞬變的走線(xiàn)靠近高阻抗模擬走線(xiàn)，這種誤差將嚴重影響模擬電路的精度。在這種環(huán)境中，模擬電路有兩個(gè)不利的方面：其噪聲容限比數字電路低得多;高阻抗走線(xiàn)比較常見(jiàn)。那采用何種技術(shù)可以減少這種現象呢?

采用下述兩種技術(shù)之一可以減少這種現象。最常用的技術(shù)是根據如下的電容公式，

改變走線(xiàn)之間的尺寸。要改變的最有效尺寸是兩條走線(xiàn)之間的距離。應該注意，變量“d”在電容方程的分母中，“d”增加，容抗會(huì )降低?？筛淖兊牧硪粋€(gè)變量是兩條走線(xiàn)的長(cháng)度。在這種情況下，長(cháng)度“L”減小，兩條走線(xiàn)之間的容抗也會(huì )降低。

另一種技術(shù)是在這兩條走線(xiàn)之間布地線(xiàn)。地線(xiàn)是低阻抗的，而且添加這樣的另外一條走線(xiàn)將削弱產(chǎn)生干擾的電場(chǎng)，如圖5所示。

寄生電感產(chǎn)生與降低

電路板中寄生電感產(chǎn)生的原理與寄生電容形成的原理類(lèi)似。也是布兩條走線(xiàn)，在不同的兩層，將一條走線(xiàn)放置在另一條走線(xiàn)的上方;或者在同一層，將一條走線(xiàn)放置在另一條的旁邊，如圖6所示。在這兩種走線(xiàn)配置中，一條走線(xiàn)上電流隨時(shí)間的變化(dI/dt)，由于這條走線(xiàn)的感抗，會(huì )在同一條走線(xiàn)上產(chǎn)生電壓，并由于互感的存在，會(huì )在另一條走線(xiàn)上產(chǎn)生成比例的電流。如果在第一條走線(xiàn)上的電壓變化足夠大，干擾可能會(huì )降低數字電路的電壓容限而產(chǎn)生誤差。并不只是在數字電路中才會(huì )發(fā)生這種現象，但這種現象在數字電路中比較常見(jiàn)，因為數字電路中存在較大的瞬時(shí)開(kāi)關(guān)電流。

為消除電磁干擾源的潛在噪聲，最好將“安靜”的模擬線(xiàn)路和噪聲I/O端口分開(kāi)。要設法實(shí)現低阻抗的電源和地網(wǎng)絡(luò )，應盡量減小數字電路導線(xiàn)的感抗，盡量降低模擬電路的電容耦合。