PCB模擬和數字布線(xiàn)設計的異同分析

　　圖4 (左)將數字開(kāi)關(guān)動(dòng)作和模擬電路隔離，將電路的數字和模擬部分分開(kāi)。 (右) 要盡可能將高頻和低頻分開(kāi)，高頻元件要靠近電路板的接插件

　　圖5 在PCB上布兩條靠近的走線(xiàn)，很容易形成寄生電容。由于這種電容的存在，在一條走線(xiàn)上的快速電壓變化，可在另一條走線(xiàn)上產(chǎn)生電流信號

　　圖6 如果不注意走線(xiàn)的放置，PCB中的走線(xiàn)可能產(chǎn)生線(xiàn)路感抗和互感。這種寄生電感對于包含數字開(kāi)關(guān)電路的電路運行是非常有害的元件的位置

　　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“富含”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。
　　PCB設計產(chǎn)生的寄生元件
　　PCB設計中很容易形成可能產(chǎn)生問(wèn)題的兩種基本寄生元件：寄生電容和寄生電感。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?？梢赃@樣做：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，如圖5所示。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)。
　　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)是根據電容的方程，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降低，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。
　　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。