PCB LAYOUT必知123

作者：Machinnneee

　　当今的社会对电子工程师的要求越来越高，不但会设计数字电路，还要有能力搞定模拟电路和pcb layout等。现在我来说下在这种既含有数字电路和模拟电路的板子中的pcb layout必须注意的事项。

　　在这种具有A D电路的板子中，一般分为两种情况：

　　a、数字电路和低频模拟电路(通常是声音设计电路和射频电路)

　　b、数字电路和模拟电路中的高功率马达电路和继电器电路。

　　在这种电路设计中需要注意三个基本原则：

　　1、合适使用数字地和模拟地的分割;

　　2、电流经过最小回路回到电源;

　　3、拥有一个参考地平面。

　　如果没有注意数字地和模拟的分割情况，直接分割成两部分，会引起多种始料未及的情况，甚至会产生分割后出现的噪声更大，所以在使用地平面分割的时候，需要认真的考虑。如果电路中反回的电流回路过大，在高频电路中会产生高的接地电感，同时也会使模拟电路收到更大的干扰。还有一种情况是两个地平面不在一个参考平面上，当出现这种情况时，有射频微波知识可以知道，这样容易构建成双极子天线。


双极子天线模型

　　相信大家对于数字地和和模拟地的处理都有相应的见解，比如单点接地，多点接地，星型接地，浮地等等。对于模拟地和数字地的连接常用电感、磁珠和0欧电阻等等方法。

　　首先,大家常用的是数模电分开。但是不能简单的进行分开就万事大吉了，在模拟地和数字地分割的情况下还需要注意的事项。


模拟地数字地的连线情况一

　　如果在这种情况下，做pcb layout时没有注意相互间的连线，电流的流经回路会被扩大，在高频电路中，大的电流回路会产生高接地电感，这样会对模拟电路产生很大的影响和干扰。这时，我们常采用单点接地、差分线或者星型接地来减少回路，如果模拟电路和数字电路之间的走线相当重要，这就需要一个“桥”的概念，通过该桥和差分线，减少干扰。如下图所示：


模拟地数字地的连线情况二

　　当采用模拟地和数字地分开lay out时，必须注意模拟信号必须安排在板的模拟部分，而数字信号必须安排在板的数字部分，并且所有层上都有这两个部分。在这种情况下，数字返回电流不会存在于接地层的模拟部分了。

　　采用分区方法不可避免的一个问题是模拟信号走线不得不过过板子的数字部分(反之亦然)，在这种情况下，分区处理时则难以有效，因此，对于所有PCB布局而言，重点是使用一个单个接地层，把它划分为模拟和数字部分，然后运用信号安排原则。

随着大型集成电路技术的成熟，大量的集成IC芯片涌入我们的电子设计生涯中，我们在做pcb lay out时，会碰到这种情形：一个IC芯片有模拟端和数字端的情况。好的一点是大多IC产品的说明书都说明了相对于单一PCB的接地方法，并且通常为制造厂商自己的评估板，依据厂家规定的连接方法，一般不会出现问题，这就要我们耐心看芯片的数据手册了。一般情况下是把PCB接地层分割为一个模拟层和一个数字层，把模拟接地(AGND)和数字接地(DGND)引脚放在一起，并且在同一个点连接模拟和数字接地层，在IC芯片处形成系统的星形接地点。如下图所示：



　　从上图可以看出，所有有噪数字电流均通过数字电源流至数字接地层，然后再返回至数字电源，以此来隔离于电路板的敏感模拟部分。模拟和数字接地层在IC芯片交汇在一起时，形成系统的星形接地点。这种方法在使用单独PCB和单个IC系统中一般有效，但是它并不是很适合于多个IC芯片系统中。如果一个PCB上有多个这种芯片，如果采用这种方法，模拟和数字接地系统在PCB上每个转换器处都交汇在一起，形成许多接地环路，从而失去应有的优势。通常情况下，会采用模拟地和数字地尽量靠近的方法进行lay out，如下图所示：



　　公司大牛针对这种情况常用的接法是：模拟和数字接地层应固定连接在所有ADC和数模转换器(DAC)芯片下面。AGND和DGND引脚应相互连接，并且连接模拟接地层，同时模拟和数字接地层应单独连接回电源。电源应进入数字分区电路板，并直接给数字电路供电，然后经过滤波或者调节以后给模拟电路供电。这样，应仅把数字接地层连接回电源。

　　最后借用一句革命志士的一句话来结尾：“革命尚未成功，同志还需努力”。希望在pcb lay out和EMC的道路上，越来越多的人来“上下求索”!