E問(wèn)E答：如何降低數字信號和模擬信號間的相互干擾？

　　摘要：混合信號電路PCB設計很復雜，元器件的布局、布線(xiàn)以及電源和地線(xiàn)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(yōu)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(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積;第二個(gè)原則是系統只采用一個(gè)參考面。相反，如果系統存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線(xiàn)(注：小型偶極天線(xiàn)的輻射大小與線(xiàn)的長(cháng)度、流過(guò)的電流大小以及頻率成正比);而如果信號不能通過(guò)盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線(xiàn)(注：小型環(huán)狀天線(xiàn)的輻射大小與環(huán)路面積、流過(guò)環(huán)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(chǎn)生會(huì )自動(dòng)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(huì )直接在信號線(xiàn)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(xiàn)到參考平面的距離，m D — 觀(guān)測點(diǎn)到信號線(xiàn)中心的垂直距離，m i(D) —觀(guān)測點(diǎn)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(kāi)，這樣能實(shí)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(wèn)題，在復雜的大型系統中問(wèn)題尤其突出。最關(guān)鍵的問(wèn)題是不能跨越分割間隙布線(xiàn)，一旦跨越了分割間隙布線(xiàn)，電磁輻射和信號串擾都會(huì )急劇增加。

　　在PCB設計中最常見(jiàn)的問(wèn)題就是信號線(xiàn)跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問(wèn)題。如圖1所示，我們采用上述分割方法，而且信號線(xiàn)跨越了兩個(gè)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(gè)地在某處連接在一起(通常情況下是在某個(gè)位置單點(diǎn)連接)，在這種情況下，地電流將會(huì )形成一個(gè)大的環(huán)路。流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會(huì )產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過(guò)大環(huán)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(shí)，將形成一個(gè)非常大的電流環(huán)路。另外，模擬地和數字地通過(guò)一個(gè)長(cháng)導線(xiàn)連接在一起會(huì )構成偶極天線(xiàn)。 同時(shí)要注意以下兩點(diǎn)：參考平面的開(kāi)槽，不適當的參考平面的開(kāi)槽，將增加信號的環(huán)路面積。