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数模混合电路的PCB设计

  印制电路板(PCB)是电子产品中电路元件和器件的支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。现在有许多PCB 不再是单一功能电路,而是由数字电路和模拟电路混合构成的。数据一般在模拟电路中采集和接收,而带宽、增益用软件实现控制则必须数字化,所以在一块板上经常同时存在数字电路和模拟电路,甚至共享相同的元件。考虑到它们之间的相互干扰问题以及对电路性能的影响,电路的布局和布线必须要有一定的原则。混合信号PCB 设计中对电源传输线的特殊要求以及隔离模拟和数字电路之间噪声耦合的要求,增加了设计时布局和布线的复杂度。在此,通过分析高密度混合信号PCB 的布局和布线设计,来达到要求的PCB 设计目标。
    1 数模混合电路干扰的产生机理
    模拟信号与数字信号相比,对噪声的敏感程度要大得多,因为模拟电路的工作依赖连续变化的电流和电压,任何微小的干扰都能影响它的正常工作,而数字电路的工作依赖在接收端根据预先定义的电压电平或门限对高电平或低电平的检测,具有一定的抗干扰能力。但在混合信号环境中,数字信号相对模拟信号而言是一种噪声源。数字电路工作时,稳定的有效电压只有高低电平两种电压。当数字逻辑输出由高电压变为低电压,该器件的接地管脚就会放电,产生开关电流,这就是电路的开关动作。数字电路的速度越快,其开关时间一般也要求越短,当大量的开关电路同时由逻辑高电平变为逻辑低电平时,由于地线通过电流的能力不够,大量的开关电流就会引起逻辑地电压发生波动,我们称为地弹。如图1 所示。数字电路造成的地弹噪声和电源扰动,如果耦合到模拟电路中,就会影响模拟电路的工作性能。由于相当多的干扰源是通过电源和地总线产生的,其中地线引起的噪声干扰最大,所以在PCB 设计时对地和电源的设计就显得尤为重要。
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