標(biāo)題:
模擬電路中至關(guān)重要的元器件——PCB
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作者:
51黑專家
時(shí)間:
2016-4-28 00:06
標(biāo)題:
模擬電路中至關(guān)重要的元器件——PCB
在硬件電路設(shè)計(jì)中，我們?yōu)榱顺晒υO(shè)計(jì)出一款成功的產(chǎn)品，除了設(shè)計(jì)出正確電路原理和運(yùn)用合適的元器件，我們還必須考慮電路的設(shè)計(jì)不可或缺的另一個(gè)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(shè)計(jì)中，
PCB
的設(shè)計(jì)好與壞往往很大程度決定了其成敗，
PCB
是電路中的一個(gè)元?dú)饧恼f法一點(diǎn)也不為過。因此在電路設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)中良好的接地和模擬數(shù)字層的分割布局都起到關(guān)鍵性的作用。
PCB布線中良好接地設(shè)計(jì)是關(guān)鍵
在PCB布線中良好的接地是一種系統(tǒng)級(jí)的設(shè)計(jì)考慮。我們應(yīng)該在第一次設(shè)計(jì)概念評(píng)審時(shí)就把這一考慮納入產(chǎn)品設(shè)計(jì)之中。這點(diǎn)也可以避免后續(xù)很多設(shè)計(jì)相關(guān)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(jiǎn)單和最有效的方法之一。在多層板中，通常會(huì)把其中的一層或幾層專門用作地線。而在網(wǎng)絡(luò)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(luò)線。所以往往在不注意時(shí)候，就會(huì)將兩種電路的地混亂的連接到一塊，數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生的噪聲就會(huì)在模擬器件回流最中不斷流串，干擾模擬信號(hào)的純凈度，最后災(zāi)難就此發(fā)生了。由此可知，在電路設(shè)計(jì)中如何將模擬地和數(shù)字地的正確連接是起到關(guān)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(guān)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(shí)際上處于同一AC電位上。因此，對(duì)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(yīng)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(huì)通過重疊區(qū)域產(chǎn)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(gè)地在電學(xué)上是不能分離的，這些地線必須在某個(gè)點(diǎn)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(yán)格的分開分布后，將兩者的地線在某個(gè)點(diǎn)連在一起，這個(gè)接地點(diǎn)最好選擇為一個(gè)單一的地租抗連接點(diǎn)，在系統(tǒng)上地線只有一個(gè)：AC供電的系統(tǒng)中其對(duì)應(yīng)的地是電氣的安全接地點(diǎn)；在DC供電的系統(tǒng)中電池的地是最終的接地點(diǎn)。所有的信號(hào)都要流回到這個(gè)地。具體如圖2所示，這種做法就是PCB設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要的規(guī)則——單點(diǎn)接地。
圖2 合理單點(diǎn)接地
數(shù)字信號(hào)需遠(yuǎn)離模擬部分
模擬和數(shù)字除了電源層和地線層需要嚴(yán)格分離之外，數(shù)字信號(hào)同樣需要遠(yuǎn)離模擬部分。如果高速的數(shù)字信號(hào)緊貼著敏感的模擬部分，高速的數(shù)字信號(hào)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(gè)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(shí)也電源層和地線層分為了三個(gè)，一對(duì)用于電源電路，一對(duì)用于數(shù)字電路，一對(duì)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(yuǎn)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(hào)耦合到低頻區(qū)域。這是一個(gè)非常合理的布局，這樣的成功率將會(huì)極高，在后面的設(shè)計(jì)中做好良好的走線和去耦，將會(huì)的提高電路的性能和可靠性。
圖3 一個(gè)良好的布局
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