如何优化混合信号电路PCB设计的性能

混合信号电路PCB设计很复杂，元器件的布局、布线以及电源和地线的处理将直接影响到电路性能和电磁兼容性能。本文介绍的地和电源的分区设计能优化混合信号电路的性能。

如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢？在设计之前必须了解电磁兼容（EMC）的两个基本原则：第一个原则是尽可能减小电流环路的面积；第二个原则是系统只采用一个参考面。相反，如果系统存在两个参考面，就可能形成一个偶极天线（注：小型偶极天线的辐射大小与线的长度、流过的电流大小以及频率成正比）；而如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线（注：小型环状天线的辐射大小与环路面积、流过环路的电流大小以及频率的平方成正比）。在设计中要尽可能避免这两种情况。

所有电流必须有流回源的回路。该回路的产生会自动寻找最小阻抗的路径。通常在具有电源/地层平面的PCB结构中，会直接在信号线下方的平面上（电源或地）。该回流信号（电流）与原信号（电流）幅度相同、方向相反。I0 — 信号总电流，A H — 信号线到参考平面的距离，m D — 观测点到信号线中心的垂直距离，m i（D） —观测点的回流电流密度，A/in一：分割 有人建议将混合信号上的数字地和模拟地分割开，这样能实现数字地和模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大型系统中问题尤其突出。最关键的问题是不能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增加。

在PCB设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI问题。我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两个地之间的间隙，信号电流的返回路径是什么呢？假定被分割的两个地在某处连接在一起（通常情况下是在某个位置单点连接），在这种情况下，地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过大环路的是低电平模拟电流，该电流很容易受到外部信号干扰。最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。另外，模拟地和数字地通过一个长导线连接在一起会构成偶极天线。 同时要注意以下两点：参考平面的开槽，不适当的参考平面的开槽，将增加信号的环路面积。