? ? ?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。?
? ? 有人建議將混合信號電路板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。?
? ? 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。?
? ? 有人建議將混合信號電路板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。?
? ? 如果系統僅有一個A/D轉換器,上面的問題就很容易解決。?
? ? 如圖3中所示,將地分割開,在A/D轉換器下面把模擬地和數字地部分連接在一起。采取該方法時,必須保證兩個地之間的連接橋寬度與IC等寬,并且任何信號線都不能跨越分割間隙。?
? ? 如果系統中A/D轉換器較多,例如10個A/D轉換器怎樣連接呢?如果在每一個A/D轉換器的下面都將模擬地和數字地連接在一起,則產生多點相連,模擬地和數字地之間的隔離就毫無意義。而如果不這樣連接,就違反了廠商的要求。?
? ? 最好的辦法是開始時就用統一地。?
? ? 如圖4所示,將統一的地分為模擬部分和數字部分。這樣的布局布線既滿足了IC器件廠商對模擬地和數字地管腳低阻抗連接的要求,同時又不會形成環路天線或偶極天線而產生EMC問題。?
? ? 如果對混合信號PCB設計采用統一地的做法心存疑慮,可以采用地線層分割的方法對整個電路板布局布線,在設計時注意盡量使電路板在后邊實驗時易于用間距小于1/2英寸的跳線或0歐姆電阻將分割地連接在一起。注意分區和布線,確保在所有的層上沒有數字信號線位于模擬部分之上,也沒有任何模擬信號線位于數字部分之上。而且,任何信號線都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙。要測試該電路板的功能和EMC性能,然后將兩個地通過0歐姆電阻或跳線連接在一起,重新測試該電路板的功能和EMC性能。比較測試結果,會發現幾乎在所有的情況下,統一地的方案在功能和EMC性能方面比分割地更優越。?
? ? #分割地的方法還有用嗎??
? ? 在以下三種情況可以用到這種方法:一些醫療設備要求在與病人連接的電路和系統之間的漏電流很低;一些工業過程控制設備的輸出可能連接到噪聲很大而且功率高的機電設備上;另外一種情況就是在PCB的布局受到特定限制時。?
? ? 在混合信號PCB板上通常有獨立的數字和模擬電源,能夠而且應該采用分割電源面。但是緊鄰電源層的信號線不能跨越電源之間的間隙,而所有跨越該間隙的信號線都必須位于緊鄰大面積地的電路層上。在有些情況下,將模擬電源以PCB連接線而不是一個面來設計可以避免電源面的分割問題。?
? ? #混合信號PCB設計是一個復雜的過程,設計過程要注意以下幾點:?
? ? 1.將PCB分區為獨立的模擬部分和數字部分。?
? ? 2.合適的元器件布局。?
? ? 3.A/D轉換器跨分區放置。?
? ? 4.不要對地進行分割。在電路板的模擬部分和數字部分下面敷設統一地。?
? ? 5.在電路板的所有層中,數字信號只能在電路板的數字部分布線。?
? ? 6.在電路板的所有層中,模擬信號只能在電路板的模擬部分布線。?
? ? 7.實現模擬和數字電源分割。?
? ? 8.布線不能跨越分割電源面之間的間隙。?
? ? 9.必須跨越分割電源之間間隙的信號線要位于緊鄰大面積地的布線層上。?
? ? 10.分析返回地電流實際流過的路徑和方式。?
? ? 11.采用正確的布線規則。