中心議題：

• 數模混合電路幹擾的產生機理
• 數模混合電路PCB 設計的一般處理原則
• 混合電路的PCB 設計實例

高速PCB 的設計中，數模混合電路的PCB設計中的幹擾問題一直是一個難題。尤其模擬電路一般是信號的源頭，能否正確接收和轉換信號是PCBshejiyaokaolvdezhongyaoyinsu。wenzhangtongguofenxihunhedianluganraochanshengdejili，jieheshejishijian
，tantaolehunhedianluyibanchulifangfa，bingtongguoshejishilidedaoyanzheng。

0 前言

印製電路板（PCB）是電子產品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。現在有許多PCB 不再是單一功能電路
，而是由數字電路和模擬電路混合構成的。數據一般在模擬電路中采集和接收，而帶寬

、增(zeng)益(yi)用(yong)軟(ruan)件(jian)實(shi)現(xian)控(kong)製(zhi)則(ze)必(bi)須(xu)數(shu)字(zi)化(hua)，所(suo)以(yi)在(zai)一(yi)塊(kuai)板(ban)上(shang)經(jing)常(chang)同(tong)時(shi)存(cun)在(zai)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)和(he)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)，甚(shen)至(zhi)共(gong)享(xiang)相(xiang)同(tong)的(de)元(yuan)件(jian)。考(kao)慮(lv)到(dao)它(ta)們(men)之(zhi)間(jian)的(de)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)問(wen)題(ti)以(yi)及(ji)對(dui)電(dian)路(lu)性(xing)能(neng)的(de)影(ying)響(xiang)


，電(dian)路(lu)的(de)布(bu)局(ju)和(he)布(bu)線(xian)必(bi)須(xu)要(yao)有(you)一(yi)定(ding)的(de)原(yuan)則(ze)。混(hun)合(he)信(xin)號(hao)PCB shejizhongduidianyuanchuanshuxiandeteshuyaoqiuyijigelimoniheshuzidianluzhijianzaoshengouhedeyaoqiu，zengjialeshejishibujuhebuxiandefuzadu。zaici，tongguofenxigaomiduhunhexinhaoPCB 的布局和布線設計，來達到要求的PCB 設計目標。

1 數模混合電路幹擾的產生機理

模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)與(yu)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)相(xiang)比(bi)，對(dui)噪(zao)聲(sheng)的(de)敏(min)感(gan)程(cheng)度(du)要(yao)大(da)得(de)多(duo)，因(yin)為(wei)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)的(de)工(gong)作(zuo)依(yi)賴(lai)連(lian)續(xu)變(bian)化(hua)的(de)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)，任(ren)何(he)微(wei)小(xiao)的(de)幹(gan)擾(rao)都(dou)能(neng)影(ying)響(xiang)它(ta)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)，而(er)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)工(gong)作(zuo)依(yi)賴(lai)在(zai)接(jie)收(shou)端(duan)根(gen)據(ju)預(yu)先(xian)定(ding)義(yi)的(de)電(dian)壓(ya)電(dian)平(ping)或(huo)門(men)限(xian)對(dui)高(gao)電(dian)平(ping)或(huo)低(di)電(dian)平(ping)的(de)檢(jian)測(ce)

，具(ju)有(you)一(yi)定(ding)的(de)抗(kang)幹(gan)擾(rao)能(neng)力(li)。但(dan)在(zai)混(hun)合(he)信(xin)號(hao)環(huan)境(jing)中(zhong)
，數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)相(xiang)對(dui)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)而(er)言(yan)是(shi)一(yi)種(zhong)噪(zao)聲(sheng)源(yuan)。數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)工(gong)作(zuo)時(shi)，穩(wen)定(ding)的(de)有(you)效(xiao)電(dian)壓(ya)隻(zhi)有(you)高(gao)低(di)電(dian)平(ping)兩(liang)種(zhong)電(dian)壓(ya)。當(dang)數(shu)字(zi)邏(luo)輯(ji)輸(shu)出(chu)由(you)高(gao)電(dian)壓(ya)變(bian)為(wei)低(di)電(dian)壓(ya)，該(gai)器(qi)件(jian)的(de)接(jie)地(di)管(guan)腳(jiao)就(jiu)會(hui)放(fang)電(dian)
，產(chan)生(sheng)開關電(dian)流(liu)，這(zhe)就(jiu)是(shi)電(dian)路(lu)的(de)開(kai)關(guan)動(dong)作(zuo)。數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)速(su)度(du)越(yue)快(kuai)，其(qi)開(kai)關(guan)時(shi)間(jian)一(yi)般(ban)也(ye)要(yao)求(qiu)越(yue)短(duan)
，當(dang)大(da)量(liang)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)同(tong)時(shi)由(you)邏(luo)輯(ji)高(gao)電(dian)平(ping)變(bian)為(wei)邏(luo)輯(ji)低(di)電(dian)平(ping)時(shi)，由(you)於(yu)地(di)線(xian)通(tong)過(guo)電(dian)流(liu)的(de)能(neng)力(li)不(bu)夠(gou)
，大(da)量(liang)的(de)開(kai)關(guan)電(dian)流(liu)就(jiu)會(hui)引(yin)起(qi)邏(luo)輯(ji)地(di)電(dian)壓(ya)發(fa)生(sheng)波(bo)動(dong)，我(wo)們(men)稱(cheng)為(wei)地(di)彈(dan)。如(ru)圖(tu)1 suoshi。shuzidianluzaochengdedidanzaoshenghedianyuanraodong，ruguoouhedaomonidianluzhong，jiuhuiyingxiangmonidianludegongzuoxingneng。youyuxiangdangduodeganraoyuanshitongguodianyuanhedizongxianchanshengde，qizhongdixianyinqidezaoshengganraozuida，suoyizaiPCB 設計時對地和電源的設計就顯得尤為重要。

2 數模混合電路PCB 設計的一般處理原則

上麵講了混合電路幹擾的產生機理，那麼如何降低數字信號和模擬信號間的相互幹擾呢
？在設計之前必須了解電磁兼容（E M C ）的兩個基本原則：第(di)一(yi)個(ge)原(yuan)則(ze)是(shi)盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)小(xiao)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)的(de)麵(mian)積(ji)，如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)不(bu)能(neng)通(tong)過(guo)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)環(huan)路(lu)返(fan)回(hui)，就(jiu)可(ke)能(neng)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)大(da)的(de)環(huan)狀(zhuang)天(tian)線(xian)。第(di)二(er)個(ge)原(yuan)則(ze)是(shi)係(xi)統(tong)隻(zhi)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)參(can)考(kao)麵(mian)，相(xiang)反(fan)
，如(ru)果(guo)係(xi)統(tong)存(cun)在(zai)兩(liang)個(ge)參(can)考(kao)麵(mian)，就(jiu)可(ke)能(neng)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)偶(ou)極(ji)天(tian)線(xian)。在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)避(bi)免(mian)這(zhe)兩(liang)種(zhong)情(qing)況(kuang)。

（1 ）bujubuxianyuanze。yuanqijianbujushouxianyaokaolvdeyigeyinsujiushijiangmonidianlubufenyushuzidianlubufenqijianfenkaifangzhi

，monixinhaozaidianlubansuoyoucengdemoniquneibuxian

，ershuzixinhaozaishuzidianluquneibuxian。zaizhezhongqingkuangxia，shuzixinhaofanhuidianliubuhuiliurudaomonixinhaodedi。duiyuyixiepinlvgaoyouteshuyaoqiudexianzuihaoshougongbuxian，biyaoshizouchafenxianhuopingbixian。youshiyouyushuru/ shuchulianjieqiweizhideyuangu，bixubashuzihemonidianludebuxianhunhezaiyiqi，zheyangjiuhenyoukenengzaochengmonibufenheshuzibufendianludexianghuyingxiang。zhejiuyaobimianzailinjinmonidianyuancengdedifangzoushuzishizhongxianhegaopinmonixinhaoxian，fouze
，dianyuanxinhaodezaoshengjiangouhedaomingandemonixinhaozhizhong。yaoshefashixiandizukangdedianyuanhediwangluo，yingjinliangjianxiaoshuzidianludaoxiandegankang，jinliangjiangdimonidianludedianrongouhe。shuzidianludepinlvgao
，monidianludeminganduqiang
，duixinhaoxianlaishuo，gaopindeshuzixinhaoxianjinkenengyuanlimingandemonidianluqijian。

（2 ）電(dian)源(yuan)和(he)地(di)的(de)處(chu)理(li)。在(zai)複(fu)雜(za)混(hun)合(he)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)
，接(jie)地(di)線(xian)的(de)布(bu)局(ju)和(he)處(chu)理(li)是(shi)改(gai)善(shan)電(dian)路(lu)性(xing)能(neng)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。有(you)人(ren)建(jian)議(yi)將(jiang)混(hun)合(he)信(xin)號(hao)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)數(shu)字(zi)地(di)和(he)模(mo)擬(ni)地(di)分(fen)割(ge)開(kai)，以(yi)實(shi)現(xian)數(shu)字(zi)地(di)和(he)模(mo)擬(ni)地(di)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)。但(dan)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)往(wang)往(wang)會(hui)跨(kua)越(yue)分(fen)割(ge)間(jian)隙(xi)布(bu)線(xian)，這(zhe)樣(yang)會(hui)引(yin)起(qi)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)和(he)信(xin)號(hao)串(chuan)擾(rao)急(ji)劇(ju)增(zeng)加(jia)。
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了le解jie電dian流liu回hui流liu到dao地di的de路lu徑jing和he方fang式shi是shi優you化hua混hun合he信xin號hao電dian路lu板ban設she計ji的de關guan鍵jian。如ru果guo必bi須xu對dui地di線xian層ceng進jin行xing分fen割ge，而er且qie必bi須xu通tong過guo分fen割ge之zhi間jian的de間jian隙xi布bu線xian，可ke以yi先xian在zai被bei分fen割ge的de地di之zhi間jian進jin行xing單dan點dian連lian接jie
，形xing成cheng兩liang個ge地di之zhi間jian的de連lian接jie橋qiao，然ran後hou通tong過guo該gai連lian接jie橋qiao布bu線xian，如ru圖tu2 所示。

這樣，在每一個信號線的下方都能夠提供一個直接的電流回流路徑
，或者采用光隔離器件
、變壓器等也能實現信號跨越分割間隙。但實際工作中PCBshejiqingxiangyucaiyongtongyidi
，tongguoshuzidianluhemonidianlufenquyijiheshidexinhaobuxian，tongchangkeyijiejueyixiebijiaokunnandebujubuxianwenti，tongshiyebuhuichanshengyindifengedailaiyixieqianzaidemafan。tongguobijiaodianlubanceshijieguo
，yehuifaxiantongyididefanganzaigongnengheEMC 性能方麵比分割地更優越。

在混合信號PCB banshangtongchangyoudulideshuzihemonidianyuan，yinggaicaiyongfengedianyuanmian，zuihaojinlindipingmianqiezaidipingmianxia。dianyuanpingmiankenengxiangkongjiankefujiandedianluouheshepindianliu，weilejianxiaozhezhongouhexiaoying
，yaoqiudianyuanpingmianwulishangdoubiqixianglindedipingmianxiao20H（H 指電源和地平麵層的距離）。

（3 ）對於混合器件的處理。通常的混合器件有晶振，高速A D 器件等
，在器件內部同時有數字電路和模擬電路兩部分。一般將AGND 和DGND 引腳在外部都要連接到同一低阻抗的模擬地平麵，而且引線要求盡量短

，任何DGND ewaidezukangdouhuitongguojishengdianrongjianggengduodeshuzizaoshengouhedaoqijianneibudemonidianluzhong。dangranzheyangzuohuishidezhuanhuanqineibudeshuzidianliuliurumonijiedipingmian，danzheyangyaobibazhuanhuanqijiandeDGND jiaojiedaozaoshengshuzijiedipingmiandailaideganraoyaoxiaodeduo。tongjiediyiyang，moniheshuzidianyuanyinjiaoyeyinggailianjiedaomonidianyuanpingmian
，bingqieyaojinkenengkaojinmeigedianyuanyinjiaolianjieshidangdepangludianrong。biyaoqingkuangxiayingjiangmonidianyuanyinjiaoyushuzidianyuanyinjiaoyongkuajiediangandefangshigeli。

（4 ）添tian加jia去qu耦ou電dian容rong。去qu耦ou電dian容rong可ke以yi消xiao除chu高gao頻pin幹gan擾rao
，由you於yu電dian容rong器qi的de容rong抗kang與yu頻pin率lv成cheng反fan比bi，因yin此ci將jiang電dian容rong並bing聯lian在zai信xin號hao與yu地di線xian之zhi間jian就jiu起qi到dao對dui高gao頻pin噪zao聲sheng的de旁pang路lu作zuo用yong。原yuan則ze上shang將jiang每mei個ge集ji成cheng芯xin片pian都dou加jia上shang一yi個ge0.01mF~ 0.1mF 的(de)陶(tao)瓷(ci)片(pian)電(dian)容(rong)，不(bu)僅(jin)能(neng)使(shi)芯(xin)片(pian)存(cun)儲(chu)能(neng)量(liang)，提(ti)供(gong)和(he)吸(xi)收(shou)該(gai)芯(xin)片(pian)的(de)電(dian)路(lu)開(kai)門(men)和(he)關(guan)門(men)瞬(shun)間(jian)的(de)充(chong)放(fang)電(dian)能(neng)，還(hai)能(neng)旁(pang)路(lu)過(guo)濾(lv)掉(diao)該(gai)器(qi)件(jian)的(de)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)成(cheng)分(fen)。在(zai)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)加(jia)上(shang)一(yi)個(ge)10mF~100mF 的電解電容（最好是鉭電容）
，keyiyizhidianyuandezaoshengganrao，dangranjiarudedianrongyinxianbunengtaichang
，yinweidianrongdeyinxianchangdushiyigeshifenzhongyaodecanshu，yinxianyuechang，zeganyingdianganyueda，dianrongdexiezhenpinlvjiuyuedi
，duigaopinzaoshengdepinlvguolvzuoyongjiuhuijianruo，shenzhixiaoshi
，yincizaigaosuPCB 板設計時，要特別注意使電容器的引線盡量短，也就是使得電容盡可能地靠近芯片。

（5 ）damianjifutongbojiemonidi。zaimonidianlubufenfudamianjitongbobingzaikongbaiquyuzuanmijidekongjiedaomonidi，zheyangkeyiqidaopingbigelizuoyong
，congerjianshaomonixinhaozhijiandexianghuganrao，erqiehaikeyiqidaosanrezuoyong。

如圖3 所示。

（6 ）電源線和地線要盡量短粗
，尤其是跨接數字電源和模擬電源的磁珠上的線一定要加粗，因為除減小壓降外，更重要的是降低耦合噪聲。
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3 混合電路的PCB 設計實例

圖4 是一塊設計好的有32 通道數字接收和轉換的典型的數模混合電路的20 層電路板。最高頻率是高速光纖信號達到2.5GHz.

此(ci)印(yin)製(zhi)板(ban)布(bu)局(ju)上(shang)將(jiang)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)與(yu)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)分(fen)開(kai)
，且(qie)每(mei)路(lu)通(tong)道(dao)之(zhi)間(jian)也(ye)完(wan)全(quan)獨(du)立(li)有(you)一(yi)定(ding)間(jian)隔(ge)距(ju)離(li)以(yi)保(bao)證(zheng)每(mei)個(ge)通(tong)道(dao)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)之(zhi)間(jian)不(bu)會(hui)相(xiang)互(hu)幹(gan)擾(rao)。模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)電(dian)路(lu)板(ban)邊(bian)緣(yuan)放(fang)置(zhi)，數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)電(dian)源(yuan)連(lian)接(jie)端(duan)放(fang)置(zhi)，這(zhe)樣(yang)做(zuo)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)由(you)數(shu)字(zi)開(kai)關(guan)引(yin)起(qi)的(de)di/dt效應。

在電源和地的劃分上，此印製板模擬信號都走在表麵層，而且盡可能走的短、少shao鑽zuan孔kong。緊jin鄰lin模mo擬ni信xin號hao的de第di二er層ceng和he第di十shi九jiu層ceng都dou是shi完wan整zheng的de統tong一yi的de模mo擬ni地di平ping麵mian
，這zhe樣yang保bao證zheng模mo擬ni信xin號hao有you最zui佳jia的de回hui流liu路lu徑jing和he阻zu抗kang，也ye不bu會hui出chu現xian跨kua分fen割ge地di出chu現xianE M I 問題。高速信號層緊鄰地平麵層
，重要信號線走帶狀線，並且對於時鍾、複位敏感信號線走第三層，在兩地平麵之間。數字電源和模擬電源都有獨立的層麵

，都進行了分割，但每個電源層也都緊鄰地平麵層。

高速的A/D 混合器件在板上即器件外接的地引腳都接模擬地，電源引腳都接模擬電源
，並且在電源引腳旁邊都添加去耦電容來消除高頻幹擾

，如圖5 所示。跨接電源或地的磁珠電感上的線要加粗，最好多連幾根信號線鑽孔接到電源或地平麵，這樣可以減小了壓降，降低了噪聲
，如圖6 所示。

有時采用鑽大的過孔接到平麵也可以達到要求。
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gaopinxinhaoxianjingguoyangekongzhixiankuanhexianjianju
，shiqidadaozukangyaoqiu
，doucaiyongshougongbuxian，zuihouzaimonidianlubufenfudamianjitongbokongbaiquyuzuanmijidekongyijiedaomonidi。

此印製板上100M 的時鍾信號線經過設計軟件仿真分析，如圖7 所示
，信號傳輸基本沒有受到幹擾，達到電訊要求。生產的印製板經過調試顯示
，數字信號對模擬信號的幹擾很小
，參數指標良好。

4 結束語

混合電路PCB 設計是一個複雜的過程，元器件的布局、布線以及電源和地線的處理將直接影響到電路性能和電磁兼容性能，設計時要遵循一定的布線規則，才能使設計的PCB 板達到設計要求。