中心議題：

• 數模混合電路幹擾的產生機理
• 數模混合電路PCB 設計的一般處理原則
• 混合電路的PCB 設計實例

高速PCB 的設計中，數模混合電路的PCB設計中的幹擾問題一直是一個難題。尤其模擬電路一般是信號的源頭
，能否正確接收和轉換信號是PCBshejiyaokaolvdezhongyaoyinsu。wenzhangtongguofenxihunhedianluganraochanshengdejili
，jieheshejishijian，tantaolehunhedianluyibanchulifangfa，bingtongguoshejishilidedaoyanzheng。

0 前言

印製電路板（PCB）是電子產品中電路元件和器件的支撐件，它提供電路元件和器件之間的電氣連接。現在有許多PCB 不再是單一功能電路，而是由數字電路和模擬電路混合構成的。數據一般在模擬電路中采集和接收，而帶寬、增zeng益yi用yong軟ruan件jian實shi現xian控kong製zhi則ze必bi須xu數shu字zi化hua
，所suo以yi在zai一yi塊kuai板ban上shang經jing常chang同tong時shi存cun在zai數shu字zi電dian路lu和he模mo擬ni電dian路lu，甚shen至zhi共gong享xiang相xiang同tong的de元yuan件jian。考kao慮lv到dao它ta們men之zhi間jian的de相xiang互hu幹gan擾rao問wen題ti以yi及ji對dui電dian路lu性xing能neng的de影ying響xiang，電dian路lu的de布bu局ju和he布bu線xian必bi須xu要yao有you一yi定ding的de原yuan則ze。混hun合he信xin號haoPCB shejizhongduidianyuanchuanshuxiandeteshuyaoqiuyijigelimoniheshuzidianluzhijianzaoshengouhedeyaoqiu，zengjialeshejishibujuhebuxiandefuzadu。zaici，tongguofenxigaomiduhunhexinhaoPCB 的布局和布線設計
，來達到要求的PCB 設計目標。

1 數模混合電路幹擾的產生機理

模mo擬ni信xin號hao與yu數shu字zi信xin號hao相xiang比bi，對dui噪zao聲sheng的de敏min感gan程cheng度du要yao大da得de多duo，因yin為wei模mo擬ni電dian路lu的de工gong作zuo依yi賴lai連lian續xu變bian化hua的de電dian流liu和he電dian壓ya，任ren何he微wei小xiao的de幹gan擾rao都dou能neng影ying響xiang它ta的de正zheng常chang工gong作zuo
，而er數shu字zi電dian路lu的de工gong作zuo依yi賴lai在zai接jie收shou端duan根gen據ju預yu先xian定ding義yi的de電dian壓ya電dian平ping或huo門men限xian對dui高gao電dian平ping或huo低di電dian平ping的de檢jian測ce，具ju有you一yi定ding的de抗kang幹gan擾rao能neng力li。但dan在zai混hun合he信xin號hao環huan境jing中zhong，數shu字zi信xin號hao相xiang對dui模mo擬ni信xin號hao而er言yan是shi一yi種zhong噪zao聲sheng源yuan。數shu字zi電dian路lu工gong作zuo時shi，穩wen定ding的de有you效xiao電dian壓ya隻zhi有you高gao低di電dian平ping兩liang種zhong電dian壓ya。當dang數shu字zi邏luo輯ji輸shu出chu由you高gao電dian壓ya變bian為wei低di電dian壓ya，該gai器qi件jian的de接jie地di管guan腳jiao就jiu會hui放fang電dian
，產chan生sheng開關dianliu，zhejiushidianludekaiguandongzuo。shuzidianludesuduyuekuai
，qikaiguanshijianyibanyeyaoqiuyueduan
，dangdaliangdekaiguandianlutongshiyouluojigaodianpingbianweiluojididianpingshi，youyudixiantongguodianliudenenglibugou
，daliangdekaiguandianliujiuhuiyinqiluojididianyafashengbodong，womenchengweididan。rutu1 suoshi。shuzidianluzaochengdedidanzaoshenghedianyuanraodong
，ruguoouhedaomonidianluzhong，jiuhuiyingxiangmonidianludegongzuoxingneng。youyuxiangdangduodeganraoyuanshitongguodianyuanhedizongxianchanshengde
，qizhongdixianyinqidezaoshengganraozuida，suoyizaiPCB 設計時對地和電源的設計就顯得尤為重要。

2 數模混合電路PCB 設計的一般處理原則

上麵講了混合電路幹擾的產生機理，那麼如何降低數字信號和模擬信號間的相互幹擾呢
？在設計之前必須了解電磁兼容（E M C ）的兩個基本原則：diyigeyuanzeshijinkenengjianxiaodianliuhuanludemianji，ruguoxinhaobunengtongguojinkenengxiaodehuanlufanhui，jiukenengxingchengyigedadehuanzhuangtianxian。diergeyuanzeshixitongzhicaiyongyigecankaomian，xiangfan，ruguoxitongcunzailianggecankaomian
，jiukenengxingchengyigeoujitianxian。zaishejizhongyaojinkenengbimianzheliangzhongqingkuang。

（1 ）布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)原(yuan)則(ze)。元(yuan)器(qi)件(jian)布(bu)局(ju)首(shou)先(xian)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)一(yi)個(ge)因(yin)素(su)就(jiu)是(shi)將(jiang)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)部(bu)分(fen)與(yu)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)部(bu)分(fen)器(qi)件(jian)分(fen)開(kai)放(fang)置(zhi)，模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)在(zai)電(dian)路(lu)板(ban)所(suo)有(you)層(ceng)的(de)模(mo)擬(ni)區(qu)內(nei)布(bu)線(xian)
，而(er)數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)在(zai)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)區(qu)內(nei)布(bu)線(xian)。在(zai)這(zhe)種(zhong)情(qing)況(kuang)下(xia)，數(shu)字(zi)信(xin)號(hao)返(fan)回(hui)電(dian)流(liu)不(bu)會(hui)流(liu)入(ru)到(dao)模(mo)擬(ni)信(xin)號(hao)的(de)地(di)。對(dui)於(yu)一(yi)些(xie)頻(pin)率(lv)高(gao)有(you)特(te)殊(shu)要(yao)求(qiu)的(de)線(xian)最(zui)好(hao)手(shou)工(gong)布(bu)線(xian)，必(bi)要(yao)時(shi)走(zou)差(cha)分(fen)線(xian)或(huo)屏(ping)蔽(bi)線(xian)。有(you)時(shi)由(you)於(yu)輸(shu)入(ru)/ 輸shu出chu連lian接jie器qi位wei置zhi的de緣yuan故gu，必bi須xu把ba數shu字zi和he模mo擬ni電dian路lu的de布bu線xian混hun合he在zai一yi起qi
，這zhe樣yang就jiu很hen有you可ke能neng造zao成cheng模mo擬ni部bu分fen和he數shu字zi部bu分fen電dian路lu的de相xiang互hu影ying響xiang。這zhe就jiu要yao避bi免mian在zai鄰lin近jin模mo擬ni電dian源yuan層ceng的de地di方fang走zou數shu字zi時shi鍾zhong線xian和he高gao頻pin模mo擬ni信xin號hao線xian，否fou則ze
，電dian源yuan信xin號hao的de噪zao聲sheng將jiang耦ou合he到dao敏min感gan的de模mo擬ni信xin號hao之zhi中zhong。要yao設she法fa實shi現xian低di阻zu抗kang的de電dian源yuan和he地di網wang絡luo，應ying盡jin量liang減jian小xiao數shu字zi電dian路lu導dao線xian的de感gan抗kang
，盡jin量liang降jiang低di模mo擬ni電dian路lu的de電dian容rong耦ou合he。數shu字zi電dian路lu的de頻pin率lv高gao
，模mo擬ni電dian路lu的de敏min感gan度du強qiang，對dui信xin號hao線xian來lai說shuo，高gao頻pin的de數shu字zi信xin號hao線xian盡jin可ke能neng遠yuan離li敏min感gan的de模mo擬ni電dian路lu器qi件jian。

（2 ）電(dian)源(yuan)和(he)地(di)的(de)處(chu)理(li)。在(zai)複(fu)雜(za)混(hun)合(he)電(dian)路(lu)板(ban)的(de)設(she)計(ji)中(zhong)
，接(jie)地(di)線(xian)的(de)布(bu)局(ju)和(he)處(chu)理(li)是(shi)改(gai)善(shan)電(dian)路(lu)性(xing)能(neng)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。有(you)人(ren)建(jian)議(yi)將(jiang)混(hun)合(he)信(xin)號(hao)電(dian)路(lu)板(ban)上(shang)的(de)數(shu)字(zi)地(di)和(he)模(mo)擬(ni)地(di)分(fen)割(ge)開(kai)，以(yi)實(shi)現(xian)數(shu)字(zi)地(di)和(he)模(mo)擬(ni)地(di)之(zhi)間(jian)的(de)隔(ge)離(li)。但(dan)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)往(wang)往(wang)會(hui)跨(kua)越(yue)分(fen)割(ge)間(jian)隙(xi)布(bu)線(xian)，這(zhe)樣(yang)會(hui)引(yin)起(qi)電(dian)磁(ci)輻(fu)射(she)和(he)信(xin)號(hao)串(chuan)擾(rao)急(ji)劇(ju)增(zeng)加(jia)。
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了(le)解(jie)電(dian)流(liu)回(hui)流(liu)到(dao)地(di)的(de)路(lu)徑(jing)和(he)方(fang)式(shi)是(shi)優(you)化(hua)混(hun)合(he)信(xin)號(hao)電(dian)路(lu)板(ban)設(she)計(ji)的(de)關(guan)鍵(jian)。如(ru)果(guo)必(bi)須(xu)對(dui)地(di)線(xian)層(ceng)進(jin)行(xing)分(fen)割(ge)
，而(er)且(qie)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)分(fen)割(ge)之(zhi)間(jian)的(de)間(jian)隙(xi)布(bu)線(xian)，可(ke)以(yi)先(xian)在(zai)被(bei)分(fen)割(ge)的(de)地(di)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)單(dan)點(dian)連(lian)接(jie)

，形(xing)成(cheng)兩(liang)個(ge)地(di)之(zhi)間(jian)的(de)連(lian)接(jie)橋(qiao)
，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)該(gai)連(lian)接(jie)橋(qiao)布(bu)線(xian)
，如(ru)圖(tu)2 所示。

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，或者采用光隔離器件、變壓器等也能實現信號跨越分割間隙。但實際工作中PCB設(she)計(ji)傾(qing)向(xiang)於(yu)采(cai)用(yong)統(tong)一(yi)地(di)，通(tong)過(guo)數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)和(he)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)分(fen)區(qu)以(yi)及(ji)合(he)適(shi)的(de)信(xin)號(hao)布(bu)線(xian)
，通(tong)常(chang)可(ke)以(yi)解(jie)決(jue)一(yi)些(xie)比(bi)較(jiao)困(kun)難(nan)的(de)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)問(wen)題(ti)
，同(tong)時(shi)也(ye)不(bu)會(hui)產(chan)生(sheng)因(yin)地(di)分(fen)割(ge)帶(dai)來(lai)一(yi)些(xie)潛(qian)在(zai)的(de)麻(ma)煩(fan)。通(tong)過(guo)比(bi)較(jiao)電(dian)路(lu)板(ban)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)，也(ye)會(hui)發(fa)現(xian)統(tong)一(yi)地(di)的(de)方(fang)案(an)在(zai)功(gong)能(neng)和(he)EMC 性能方麵比分割地更優越。

在混合信號PCB banshangtongchangyoudulideshuzihemonidianyuan，yinggaicaiyongfengedianyuanmian，zuihaojinlindipingmianqiezaidipingmianxia。dianyuanpingmiankenengxiangkongjiankefujiandedianluouheshepindianliu，weilejianxiaozhezhongouhexiaoying
，yaoqiudianyuanpingmianwulishangdoubiqixianglindedipingmianxiao20H（H 指電源和地平麵層的距離）。

（3 ）對於混合器件的處理。通常的混合器件有晶振，高速A D 器件等

，在器件內部同時有數字電路和模擬電路兩部分。一般將AGND 和DGND 引腳在外部都要連接到同一低阻抗的模擬地平麵，而且引線要求盡量短，任何DGND 額e外wai的de阻zu抗kang都dou會hui通tong過guo寄ji生sheng電dian容rong將jiang更geng多duo的de數shu字zi噪zao聲sheng耦ou合he到dao器qi件jian內nei部bu的de模mo擬ni電dian路lu中zhong。當dang然ran這zhe樣yang做zuo會hui使shi得de轉zhuan換huan器qi內nei部bu的de數shu字zi電dian流liu流liu入ru模mo擬ni接jie地di平ping麵mian

，但dan這zhe樣yang要yao比bi把ba轉zhuan換huan器qi件jian的deDGND 腳(jiao)接(jie)到(dao)噪(zao)聲(sheng)數(shu)字(zi)接(jie)地(di)平(ping)麵(mian)帶(dai)來(lai)的(de)幹(gan)擾(rao)要(yao)小(xiao)得(de)多(duo)。同(tong)接(jie)地(di)一(yi)樣(yang)
，模(mo)擬(ni)和(he)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)引(yin)腳(jiao)也(ye)應(ying)該(gai)連(lian)接(jie)到(dao)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)，並(bing)且(qie)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)靠(kao)近(jin)每(mei)個(ge)電(dian)源(yuan)引(yin)腳(jiao)連(lian)接(jie)適(shi)當(dang)的(de)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)。必(bi)要(yao)情(qing)況(kuang)下(xia)應(ying)將(jiang)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)引(yin)腳(jiao)與(yu)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)引(yin)腳(jiao)用(yong)跨(kua)接(jie)電(dian)感(gan)的(de)方(fang)式(shi)隔(ge)離(li)。

（4 ）tianjiaquoudianrong。quoudianrongkeyixiaochugaopinganrao
，youyudianrongqiderongkangyupinlvchengfanbi

，yincijiangdianrongbinglianzaixinhaoyudixianzhijianjiuqidaoduigaopinzaoshengdepangluzuoyong。yuanzeshangjiangmeigejichengxinpiandoujiashangyige0.01mF~ 0.1mF 的de陶tao瓷ci片pian電dian容rong
，不bu僅jin能neng使shi芯xin片pian存cun儲chu能neng量liang，提ti供gong和he吸xi收shou該gai芯xin片pian的de電dian路lu開kai門men和he關guan門men瞬shun間jian的de充chong放fang電dian能neng，還hai能neng旁pang路lu過guo濾lv掉diao該gai器qi件jian的de高gao頻pin噪zao聲sheng成cheng分fen。在zai電dian源yuan輸shu入ru端duan加jia上shang一yi個ge10mF~100mF 的電解電容（最好是鉭電容），可(ke)以(yi)抑(yi)製(zhi)電(dian)源(yuan)的(de)噪(zao)聲(sheng)幹(gan)擾(rao)，當(dang)然(ran)加(jia)入(ru)的(de)電(dian)容(rong)引(yin)線(xian)不(bu)能(neng)太(tai)長(chang)，因(yin)為(wei)電(dian)容(rong)的(de)引(yin)線(xian)長(chang)度(du)是(shi)一(yi)個(ge)十(shi)分(fen)重(zhong)要(yao)的(de)參(can)數(shu)
，引(yin)線(xian)越(yue)長(chang)，則(ze)感(gan)應(ying)電(dian)感(gan)越(yue)大(da)，電(dian)容(rong)的(de)諧(xie)振(zhen)頻(pin)率(lv)就(jiu)越(yue)低(di)
，對(dui)高(gao)頻(pin)噪(zao)聲(sheng)的(de)頻(pin)率(lv)過(guo)濾(lv)作(zuo)用(yong)就(jiu)會(hui)減(jian)弱(ruo)
，甚(shen)至(zhi)消(xiao)失(shi)

，因(yin)此(ci)在(zai)高(gao)速(su)PCB 板設計時，要特別注意使電容器的引線盡量短，也就是使得電容盡可能地靠近芯片。

（5 ）大da麵mian積ji覆fu銅tong箔bo接jie模mo擬ni地di。在zai模mo擬ni電dian路lu部bu分fen覆fu大da麵mian積ji銅tong箔bo並bing在zai空kong白bai區qu域yu鑽zuan密mi集ji的de孔kong接jie到dao模mo擬ni地di，這zhe樣yang可ke以yi起qi到dao屏ping蔽bi隔ge離li作zuo用yong，從cong而er減jian少shao模mo擬ni信xin號hao之zhi間jian的de相xiang互hu幹gan擾rao
，而er且qie還hai可ke以yi起qi到dao散san熱re作zuo用yong。

如圖3 所示。

（6 ）電源線和地線要盡量短粗，尤其是跨接數字電源和模擬電源的磁珠上的線一定要加粗
，因為除減小壓降外

，更重要的是降低耦合噪聲。
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3 混合電路的PCB 設計實例

圖4 是一塊設計好的有32 通道數字接收和轉換的典型的數模混合電路的20 層電路板。最高頻率是高速光纖信號達到2.5GHz.

此ci印yin製zhi板ban布bu局ju上shang將jiang模mo擬ni電dian路lu與yu數shu字zi電dian路lu分fen開kai
，且qie每mei路lu通tong道dao之zhi間jian也ye完wan全quan獨du立li有you一yi定ding間jian隔ge距ju離li以yi保bao證zheng每mei個ge通tong道dao模mo擬ni信xin號hao之zhi間jian不bu會hui相xiang互hu幹gan擾rao。模mo擬ni電dian路lu盡jin量liang靠kao近jin電dian路lu板ban邊bian緣yuan放fang置zhi，數shu字zi電dian路lu盡jin量liang靠kao近jin電dian源yuan連lian接jie端duan放fang置zhi
，這zhe樣yang做zuo可ke以yi降jiang低di由you數shu字zi開kai關guan引yin起qi的dedi/dt效應。

在電源和地的劃分上，此印製板模擬信號都走在表麵層，而且盡可能走的短、少shao鑽zuan孔kong。緊jin鄰lin模mo擬ni信xin號hao的de第di二er層ceng和he第di十shi九jiu層ceng都dou是shi完wan整zheng的de統tong一yi的de模mo擬ni地di平ping麵mian，這zhe樣yang保bao證zheng模mo擬ni信xin號hao有you最zui佳jia的de回hui流liu路lu徑jing和he阻zu抗kang，也ye不bu會hui出chu現xian跨kua分fen割ge地di出chu現xianE M I 問題。高速信號層緊鄰地平麵層，重要信號線走帶狀線
，並且對於時鍾、複位敏感信號線走第三層
，在兩地平麵之間。數字電源和模擬電源都有獨立的層麵，都進行了分割
，但每個電源層也都緊鄰地平麵層。

高速的A/D 混合器件在板上即器件外接的地引腳都接模擬地，電源引腳都接模擬電源，並且在電源引腳旁邊都添加去耦電容來消除高頻幹擾

，如圖5 所示。跨接電源或地的磁珠電感上的線要加粗，最好多連幾根信號線鑽孔接到電源或地平麵，這樣可以減小了壓降，降低了噪聲，如圖6 所示。

有時采用鑽大的過孔接到平麵也可以達到要求。
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高gao頻pin信xin號hao線xian經jing過guo嚴yan格ge控kong製zhi線xian寬kuan和he線xian間jian距ju，使shi其qi達da到dao阻zu抗kang要yao求qiu，都dou采cai用yong手shou工gong布bu線xian，最zui後hou在zai模mo擬ni電dian路lu部bu分fen覆fu大da麵mian積ji銅tong箔bo空kong白bai區qu域yu鑽zuan密mi集ji的de孔kong以yi接jie到dao模mo擬ni地di。

此印製板上100M 的時鍾信號線經過設計軟件仿真分析，如圖7 所示，信號傳輸基本沒有受到幹擾

，達到電訊要求。生產的印製板經過調試顯示
，數字信號對模擬信號的幹擾很小，參數指標良好。

4 結束語

混合電路PCB 設計是一個複雜的過程，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，設計時要遵循一定的布線規則
，才能使設計的PCB 板達到設計要求。