E問E答：如何降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾？

　　摘要：混合信號(hào)電路PCB設(shè)計(jì)很復(fù)雜，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。本文介紹的地和電源的分區(qū)設(shè)計(jì)能優(yōu)化混合信號(hào)電路的性能。

　　如何降低數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)間的相互干擾呢?

     在設(shè)計(jì)之前必須了解電磁兼容(EMC)的兩個(gè)基本原則：第一個(gè)原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積;第二個(gè)原則是系統(tǒng)只采用一個(gè)參考面。相反，如果系統(tǒng)存在兩個(gè)參考面，就可能形成一個(gè)偶極天線(注：小型偶極天線的輻射大小與線的長(zhǎng)度、流過的電流大小以及頻率成正比);而如果信號(hào)不能通過盡可能小的環(huán)路返回，就可能形成一個(gè)大的環(huán)狀天線(注：小型環(huán)狀天線的輻射大小與環(huán)路面積、流過環(huán)路的電流大小以及頻率的平方成正比)。在設(shè)計(jì)中要盡可能避免這兩種情況。

　　所有電流必須有流回源的回路。該回路的產(chǎn)生會(huì)自動(dòng)尋找最小阻抗的路徑。通常在具有電源/地層平面的PCB結(jié)構(gòu)中，會(huì)直接在信號(hào)線下方的平面上(電源或地)。該回流信號(hào)(電流)與原信號(hào)(電流)幅度相同、方向相反。I0 — 信號(hào)總電流，A H — 信號(hào)線到參考平面的距離，m D — 觀測(cè)點(diǎn)到信號(hào)線中心的垂直距離，m i(D) —觀測(cè)點(diǎn)的回流電流密度，A/in一：分割 有人建議將混合信號(hào)上的數(shù)字地和模擬地分割開，這樣能實(shí)現(xiàn)數(shù)字地和模擬地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在復(fù)雜的大型系統(tǒng)中問題尤其突出。最關(guān)鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信號(hào)串?dāng)_都會(huì)急劇增加。

　　在PCB設(shè)計(jì)中最常見的問題就是信號(hào)線跨越分割地或電源而產(chǎn)生EMI問題。如圖1所示，我們采用上述分割方法，而且信號(hào)線跨越了兩個(gè)地之間的間隙，信號(hào)電流的返回路徑是什么呢?假定被分割的兩個(gè)地在某處連接在一起(通常情況下是在某個(gè)位置單點(diǎn)連接)，在這種情況下，地電流將會(huì)形成一個(gè)大的環(huán)路。流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會(huì)產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過大環(huán)路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號(hào)干擾。最糟糕的是當(dāng)把分割地在電源處連接在一起時(shí)，將形成一個(gè)非常大的電流環(huán)路。另外，模擬地和數(shù)字地通過一個(gè)長(zhǎng)導(dǎo)線連接在一起會(huì)構(gòu)成偶極天線。 同時(shí)要注意以下兩點(diǎn)：參考平面的開槽，不適當(dāng)?shù)膮⒖计矫娴拈_槽，將增加信號(hào)的環(huán)路面積。