混合信號電路PCB的設計很復雜，元器件的布局、布線以及電源線和地線的處理將直接影響到電路性能和電磁兼容性能。本文將介紹數字電路和模擬電路分區設計，以優化混合信號電路的性能。

在PCB板中，降低數字信號和模擬信號間的相互干擾，在設計之前必須了解電磁兼容（EMC）的兩個基本原則：

· 盡可能減小電流環路的面積；

· 系統只采用一個參考面。

如果系統中存在兩個參考面，就可能形成一個偶極天線。如果信號不能通過盡可能小的環路返回，就可能形成一個大的環狀天線，在設計中要盡可能避免這種情況。

將混合信號電路板上的數字地和模擬地分割開，這樣能實現數字地和模擬地之間的隔離。盡管這種方法是可行的，但是這種方法也存在著很多潛在的問題，在復雜的大型系統中問題尤其突出，最關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，電磁輻射和信號串擾都會急劇增加。在PCB設計中最常見的問題就是信號線跨越分割地或電源線而產生EMI問題。

1．分割方式1

如果采用如圖1所示的分割方式1，信號線跨越了兩個地之間的間隙，那么信號電流的返回路徑是什么昵？假定被分割的兩個地在某處連接在一起（通常情況下是在某個位置單點連接），在這種情況下，地電流將會形成一個大的環路，流經大環路的高頻電流會產生輻射和很高的電感。

圖1 分割方式1

如果流過大環路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號干擾。當把分割地在電源處連接在一起時，將形成一個非常大的電流環路。另外，模擬地和數字地通過一個長導線連接在ˉ起會構成偶極天線。

了解電流回流到地的路徑和方式是優化混合信號電路板設計的關鍵。許多設計僅僅考慮信號電流從哪兒流過，而忽略了電流的具體路徑。如果必須對地線層進行分割，且必須通過分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進行單點連接，形成兩個地之間的連接橋，然后通過該連接橋布線。這樣，在每一個信號線的下方都能夠提供一個直接的電流回流路徑，從而使形成的環路面積很小。

采用光隔離器件或變壓器也能實現信號跨越分割間隙。對于前者，跨越分割間隙的是光信號；對于后者，跨越分割間隙的是磁場。還有一種可行的辦法是采用差分信號：信號從一條線流入，從另外一條信號線返回，這種情況下，不需要把地作為回流路徑。

2．分割方式2

在實際工作中一般使用統一地，而將PCB分區為模擬部分和數字部分，圖2所示為分

割方式2。模擬信號在電路板所有層的模擬區內布線，而數字信號在數字電路區內布線。在這種情況下，數字信號返回電流不會流入到模擬信號的地。

圖2 分割方式2

只有將數字信號布線在電路板的模擬部分之上或者將模擬信號布線在電路板的數字部分之上時，才會出現數字信號對模擬信號的干擾。出現這種問題并不是因為沒有分割地，真正的原因是數字信號的布線不適當。

PCB板設計采用統一地，通過數字電路和模擬電路分區以及合適的信號布線，通常可以解決一些比較復雜的布局布線問題，同時也不會產生因地分割帶來的一些潛在的麻煩。在這種情況下，元器件的布局和分區就成為決定設計優劣的關鍵。

如果布局布線合理，數字地電流將被限制在電路板的數字部分，不會干擾模擬信號。對于這樣的布線必須仔細地檢查和核對，要保證遵守布線規則，否則，一條信號線走線不當就會徹底破壞一個電路板的設計。

3．A/D分區

在將A／D轉換器的模擬地和數字地管腳連接在一起時，大多數的A／D轉換器廠商會建議將AGND和DGND管腳通過最短的引線連接到同一個低阻抗的地上，因為大多數A／D轉換器芯片內部沒有將模擬地和數字地連接在一起，必須通過外部管腳實現模擬地和數字地的連接，任何與DGND連接的外部阻抗都會通過寄生電容將更多的數字噪聲耦合到IC內部的模擬電路上。按照這個建議，需要把A／D轉換器的AGND和DGND管腳都連接到模擬地上。

如果系統僅有一個A／D轉換器，上面的問題就很容易解決。如圖3所示，將地分割開，在A／D轉換器下面把模擬地和數字地部分連接在一起。

圖3 一個A／D的分區

如果系統中A／D轉換器較多時，如果在每一個A／D轉換器的下面都將模擬地和數字地連接在一起，則產生多點相連，模擬地和數字地之間的隔離就毫無意義，而如果不這樣連接，就違反了廠商的要求。

最好的辦法是開始時就用統一地，如圖4所示，將統一地分為模擬部分和數字部分。

這樣的布局布線既滿足了IC器件廠商對模擬地和數字地管腳低阻抗連接的要求，同時又不會形成環路天線或偶極天線。

圖4 多個A／D的分區

來源：維庫電子市場網