模擬電路中至關重要的元器件——PCB

ID:114320 · 發(fā)表于 2016-4-28 00:06

   在硬件電路設計中，我們?yōu)榱顺晒υO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(shù)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(shù)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(tǒng)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(xù)很多設計相關的問題出現(xiàn)。

      在電路中模擬部分和數(shù)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(wǎng)絡表中，模擬電路的回流線和數(shù)字電路的回流線都屬于一條網(wǎng)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(shù)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(fā)生了。由此可知，在電路設計中如何將模擬地和數(shù)字地的正確連接是起到關鍵性作用。

模擬層和數(shù)字層的合理分布
      在做良好接地之前，模擬層和數(shù)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(shù)字電源層和數(shù)字地線層相互重合。如果將數(shù)字層和模擬層相互重疊，由于其AC電位不同，高速的數(shù)字噪聲會通過重疊區(qū)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(shù)字層的分布

分離的地線
在系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)上地線只有一個：AC供電的系統(tǒng)中其對應的地是電氣的安全接地點；在DC供電的系統(tǒng)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(guī)則——單點接地。

圖2 合理單點接地

數(shù)字信號需遠離模擬部分
模擬和數(shù)字除了電源層和地線層需要嚴格分離之外，數(shù)字信號同樣需要遠離模擬部分。如果高速的數(shù)字信號緊貼著敏感的模擬部分，高速的數(shù)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(qū)域、模擬區(qū)域和數(shù)字區(qū)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(shù)字電路，一對用于模擬電路。而數(shù)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(shù)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(shù)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(shù)字高頻的影響，減小分布電容將高頻信號耦合到低頻區(qū)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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