模擬與數(shù)字布局(2)

二、模擬和數(shù)字領(lǐng)域布線要領(lǐng)的不同之處

1、地平面可能是個(gè)難題

電路板布線的基本知識(shí)既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。一個(gè)基本的經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)則是使用不間斷的地平面，這一基本準(zhǔn)則可降低了數(shù)字電路中的dI/dt(電流隨時(shí)間的變化)效應(yīng)，因?yàn)閐I/dt效應(yīng)會(huì)造成地的電勢(shì)并使噪聲進(jìn)入模擬電路。

數(shù)字和模擬電路的布線技巧基本相同，但有一點(diǎn)除外。對(duì)于模擬電路，還要另外一點(diǎn)需要注意，就是要將數(shù)字信號(hào)線和地平面中的回路盡量遠(yuǎn)離模擬電路。這一點(diǎn)可以通過如下做法來實(shí)現(xiàn)：將模擬地平面單獨(dú)連接到系統(tǒng)地連接端，或者將模擬電路放置在電路板的最遠(yuǎn)端，也就是線路的末端。這樣做是為了保持信號(hào)路徑所受到的外部干擾最小。對(duì)于數(shù)字電路就不需要這樣做，數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會(huì)出現(xiàn)問題。

2、元件的位置

如上所述，在每個(gè)PCB設(shè)計(jì)中，電路的噪聲部分和“安靜”部分(非噪聲部分)要分隔開。一般來說，數(shù)字電路“可含”噪聲，而且對(duì)噪聲不敏感(因?yàn)閿?shù)字電路有較大的電壓噪聲容限);相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對(duì)開關(guān)噪聲最為敏感。在混合信號(hào)系統(tǒng)的布線中，這兩種電路要分隔開，如圖4所示，其4(a)將電路的數(shù)字和模擬部分分隔開， 數(shù)字電路應(yīng)靠近接扦件和電源位置;其4(b)盡可能將高頻和低頻分開，其高頻元件應(yīng)放置在接扦件和電源附近。

3、PCB設(shè)計(jì)產(chǎn)生的寄生電容和寄生電感

PCB設(shè)計(jì)中可能會(huì)產(chǎn)生的問題是， 寄生電容和寄生電感很容易形成。

寄生電容的產(chǎn)生與減少

設(shè)計(jì)電路板時(shí)，放置兩條彼此靠近的走線就會(huì)產(chǎn)生寄生電容，這是用了以下走線方法所產(chǎn)生的，見圖5所示。即在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方;或者在同一層，將一條走線放置在另一條走線的旁邊。

在這兩種走線配置中，一條走線上電壓隨時(shí)間的變化(dV/dt)可能在另一條走線上產(chǎn)生電流。如果另一條走線是高阻抗的，電場(chǎng)產(chǎn)生的電流將轉(zhuǎn)化為電壓。

快速電壓瞬變最常發(fā)生在模擬信號(hào)設(shè)計(jì)的數(shù)字側(cè)。如果發(fā)生快速電壓瞬變的走線靠近高阻抗模擬走線，這種誤差將嚴(yán)重影響模擬電路的精度。在這種環(huán)境中，模擬電路有兩個(gè)不利的方面：其噪聲容限比數(shù)字電路低得多;高阻抗走線比較常見。那采用何種技術(shù)可以減少這種現(xiàn)象呢?

采用下述兩種技術(shù)之一可以減少這種現(xiàn)象。最常用的技術(shù)是根據(jù)如下的電容公式，

改變走線之間的尺寸。要改變的最有效尺寸是兩條走線之間的距離。應(yīng)該注意，變量“d”在電容方程的分母中，“d”增加，容抗會(huì)降低?？筛淖兊牧硪粋€(gè)變量是兩條走線的長(zhǎng)度。在這種情況下，長(zhǎng)度“L”減小，兩條走線之間的容抗也會(huì)降低。

另一種技術(shù)是在這兩條走線之間布地線。地線是低阻抗的，而且添加這樣的另外一條走線將削弱產(chǎn)生干擾的電場(chǎng)，如圖5所示。

寄生電感產(chǎn)生與降低

電路板中寄生電感產(chǎn)生的原理與寄生電容形成的原理類似。也是布兩條走線，在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方;或者在同一層，將一條走線放置在另一條的旁邊，如圖6所示。在這兩種走線配置中，一條走線上電流隨時(shí)間的變化(dI/dt)，由于這條走線的感抗，會(huì)在同一條走線上產(chǎn)生電壓，并由于互感的存在，會(huì)在另一條走線上產(chǎn)生成比例的電流。如果在第一條走線上的電壓變化足夠大，干擾可能會(huì)降低數(shù)字電路的電壓容限而產(chǎn)生誤差。并不只是在數(shù)字電路中才會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象在數(shù)字電路中比較常見，因?yàn)閿?shù)字電路中存在較大的瞬時(shí)開關(guān)電流。

為消除電磁干擾源的潛在噪聲，最好將“安靜”的模擬線路和噪聲I/O端口分開。要設(shè)法實(shí)現(xiàn)低阻抗的電源和地網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量減小數(shù)字電路導(dǎo)線的感抗，盡量降低模擬電路的電容耦合。