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PCB設(she)計(ji)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)重(zhong)要(yao)因(yin)素(su)。文(wen)章(zhang)通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)混(hun)合(he)電(dian)路(lu)幹(gan)擾(rao)產(chan)生(sheng)的(de)機(ji)理(li)
，結(jie)合(he)設(she)計(ji)實(shi)踐(jian)，探(tan)討(tao)了(le)混(hun)合(he)電(dian)路(lu)一(yi)般(ban)處(chu)理(li)方(fang)法(fa)，並(bing)通(tong)過(guo)設(she)計(ji)實(shi)例(li)得(de)到(dao)驗(yan)證(zheng)。

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：第(di)一(yi)個(ge)原(yuan)則(ze)是(shi)盡(jin)可(ke)能(neng)減(jian)小(xiao)電(dian)流(liu)環(huan)路(lu)的(de)麵(mian)積(ji)
，如(ru)果(guo)信(xin)號(hao)不(bu)能(neng)通(tong)過(guo)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)環(huan)路(lu)返(fan)回(hui)
，就(jiu)可(ke)能(neng)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)大(da)的(de)環(huan)狀(zhuang)天(tian)線(xian)。第(di)二(er)個(ge)原(yuan)則(ze)是(shi)係(xi)統(tong)隻(zhi)采(cai)用(yong)一(yi)個(ge)參(can)考(kao)麵(mian)，相(xiang)反(fan)，如(ru)果(guo)係(xi)統(tong)存(cun)在(zai)兩(liang)個(ge)參(can)考(kao)麵(mian)
，就(jiu)可(ke)能(neng)形(xing)成(cheng)一(yi)個(ge)偶(ou)極(ji)天(tian)線(xian)。在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)要(yao)盡(jin)可(ke)能(neng)避(bi)免(mian)這(zhe)兩(liang)種(zhong)情(qing)況(kuang)。

（1 ）bujubuxianyuanze。yuanqijianbujushouxianyaokaolvdeyigeyinsujiushijiangmonidianlubufenyushuzidianlubufenqijianfenkaifangzhi，monixinhaozaidianlubansuoyoucengdemoniquneibuxian，ershuzixinhaozaishuzidianluquneibuxian。zaizhezhongqingkuangxia，shuzixinhaofanhuidianliubuhuiliurudaomonixinhaodedi。duiyuyixiepinlvgaoyouteshuyaoqiudexianzuihaoshougongbuxian，biyaoshizouchafenxianhuopingbixian。youshiyouyushuru/ 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 ）dianyuanhedidechuli。zaifuzahunhedianlubandeshejizhong，jiedixiandebujuhechulishigaishandianluxingnengdezhongyaoyinsu。yourenjianyijianghunhexinhaodianlubanshangdeshuzidihemonidifengekai
，yishixianshuzidihemonidizhijiandegeli。danzhezhongfangfawangwanghuikuayuefengejianxibuxian
，zheyanghuiyinqidiancifushehexinhaochuanraojijuzengjia。
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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tu2 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 板(ban)上(shang)通(tong)常(chang)有(you)獨(du)立(li)的(de)數(shu)字(zi)和(he)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)
，應(ying)該(gai)采(cai)用(yong)分(fen)割(ge)電(dian)源(yuan)麵(mian)


，最(zui)好(hao)緊(jin)鄰(lin)地(di)平(ping)麵(mian)且(qie)在(zai)地(di)平(ping)麵(mian)下(xia)。電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)可(ke)能(neng)向(xiang)空(kong)間(jian)可(ke)附(fu)件(jian)的(de)電(dian)路(lu)耦(ou)合(he)射(she)頻(pin)電(dian)流(liu)，為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)這(zhe)種(zhong)耦(ou)合(he)效(xiao)應(ying)，要(yao)求(qiu)電(dian)源(yuan)平(ping)麵(mian)物(wu)理(li)上(shang)都(dou)比(bi)其(qi)相(xiang)鄰(lin)的(de)地(di)平(ping)麵(mian)小(xiao)20H（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(de)DGND jiaojiedaozaoshengshuzijiedipingmiandailaideganraoyaoxiaodeduo。tongjiediyiyang，moniheshuzidianyuanyinjiaoyeyinggailianjiedaomonidianyuanpingmian，bingqieyaojinkenengkaojinmeigedianyuanyinjiaolianjieshidangdepangludianrong。biyaoqingkuangxiayingjiangmonidianyuanyinjiaoyushuzidianyuanyinjiaoyongkuajiediangandefangshigeli。

（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suPCB 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 ）damianjifutongbojiemonidi。zaimonidianlubufenfudamianjitongbobingzaikongbaiquyuzuanmijidekongjiedaomonidi
，zheyangkeyiqidaopingbigelizuoyong，congerjianshaomonixinhaozhijiandexianghuganrao，erqiehaikeyiqidaosanrezuoyong。

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
、shaozuankong。jinlinmonixinhaodediercenghedishijiucengdoushiwanzhengdetongyidemonidipingmian，zheyangbaozhengmonixinhaoyouzuijiadehuiliulujinghezukang
，yebuhuichuxiankuafengedichuxianE 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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gaopinxinhaoxianjingguoyangekongzhixiankuanhexianjianju

，shiqidadaozukangyaoqiu
，doucaiyongshougongbuxian
，zuihouzaimonidianlubufenfudamianjitongbokongbaiquyuzuanmijidekongyijiedaomonidi。

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。