模擬電路中至關重要的元器件——PCB

ID:114320 · 發表于 2016-4-28 00:06

   在硬件電路設計中，我們為了成功設計出一款成功的產品，除了設計出正確電路原理和運用合適的元器件，我們還必須考慮電路的設計不可或缺的另一個電路元件，這就是用來放置電路的PCB。為什么這么說呢？數模電路設計中，PCB的設計好與壞往往很大程度決定了其成敗，PCB是電路中的一個元氣件的說法一點也不為過。因此在電路設計中，我總是要求模擬電路的性能免受PCB布圖的影響或者將影響減至最低。而在PCB設計中良好的接地和模擬數字層的分割布局都起到關鍵性的作用。

PCB布線中良好接地設計是關鍵
      在PCB布線中良好的接地是一種系統級的設計考慮。我們應該在第一次設計概念評審時就把這一考慮納入產品設計之中。這點也可以避免后續很多設計相關的問題出現。

      在電路中模擬部分和數字部分使用分開接地，是抑制噪聲的最簡單和最有效的方法之一。在多層板中，通常會把其中的一層或幾層專門用作地線。而在網絡表中，模擬電路的回流線和數字電路的回流線都屬于一條網絡線。所以往往在不注意時候，就會將兩種電路的地混亂的連接到一塊，數字信號產生的噪聲就會在模擬器件回流最中不斷流串，干擾模擬信號的純凈度，最后災難就此發生了。由此可知，在電路設計中如何將模擬地和數字地的正確連接是起到關鍵性作用。

模擬層和數字層的合理分布
      在做良好接地之前，模擬層和數字層的正確分布也是至關重要的。由于去耦電容和分布電容的原因，地線層和電源層實際上處于同一AC電位上。因此，對電源層的隔離和與底線層的分布也是很重要的。一般我們應該把模擬電源層和模擬地線層相互重合，把數字電源層和數字地線層相互重合。如果將數字層和模擬層相互重疊，由于其AC電位不同，高速的數字噪聲會通過重疊區域產生的的分布電容耦合到了模擬電路，這將破壞電路板中的隔離層的作用。

圖1 模擬數字層的分布

分離的地線
在系統中各個地在電學上是不能分離的，這些地線必須在某個點連接在一起。因此在正確的做法是相上面的做法將模擬層和數字層嚴格的分開分布后，將兩者的地線在某個點連在一起，這個接地點最好選擇為一個單一的地租抗連接點，在系統上地線只有一個：AC供電的系統中其對應的地是電氣的安全接地點；在DC供電的系統中電池的地是最終的接地點。所有的信號都要流回到這個地。具體如圖2所示，這種做法就是PCB設計中的一個重要的規則——單點接地。

圖2 合理單點接地

數字信號需遠離模擬部分
模擬和數字除了電源層和地線層需要嚴格分離之外，數字信號同樣需要遠離模擬部分。如果高速的數字信號緊貼著敏感的模擬部分，高速的數字信號將同過模擬層品面之間的小電容耦合成非常大的噪聲。影響模擬電路的性能。

良好的布局
如圖3中的布局，將整個PCB布局分為了電源區域、模擬區域和數字區域三大部分。同時也電源層和地線層分為了三個，一對用于電源電路，一對用于數字電路，一對用于模擬電路。而數字電路和模擬電路的電源和地的連線僅在電源電路部分合并在一起，而且緊貼這數字部分和模擬部分。在布局中，將低頻模擬電路放在了靠近低速數字電路的一邊，將兩者高速部分分隔在遠離的地方。這樣可以有效的避免模擬部分受到數字高頻的影響，減小分布電容將高頻信號耦合到低頻區域。這是一個非常合理的布局，這樣的成功率將會極高，在后面的設計中做好良好的走線和去耦，將會的提高電路的性能和可靠性。

圖3 一個良好的布局

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