一、元件放置

與建造房屋類(lèi)似，放置電路元件之前必須創(chuàng )建系統的平面規劃圖。此步驟將奠定系統設計的整體完整性，并應有助于避免高噪聲信號干擾。在制定平面圖時(shí)，建議遵循原理圖的信號路徑，尤其是對于高速電路。元件的位置也是設計的關(guān)鍵方面。設計人員應能識別重要的功能模塊、信號以及模塊之間的連接，從而確定各元件在系統中的最佳位置。例如，連接器最好放置在板的邊緣，而輔助元件（如去耦電容和晶振）必須盡可能靠近混合信號器件放置。

二、模擬和數字模塊分離

為了盡量減少模擬和數字信號的共同返回路徑，可以考慮模擬和數字模塊分離，以使模擬信號不會(huì )與數字信號混合。

三、電源模塊

電源是電路的重要組成部分，應妥善處理。根據經(jīng)驗，電源模塊必須與電路的其余部分隔離，同時(shí)仍應靠近其供電的元件。

復雜系統中的器件可能有多個(gè)電源引腳，在這種情況下，模擬部分和數字部分可以分別使用專(zhuān)用電源模塊，以避免高噪聲數字干擾。另一方面，電源布線(xiàn)應短而直，并使用寬走線(xiàn)以減小電感和避免限流。

四、去耦技術(shù)

電源抑制比（PSRR）是設計人員在實(shí)現系統目標性能時(shí)必須考慮的重要參數之一。PSRR衡量器件對電源變化的靈敏度，最終將決定器件的性能。

為了保持最佳PSRR，有必要防止高頻能量進(jìn)入器件。為此，可以利用電解電容和陶瓷電容的組合將器件電源適當去耦到低阻抗接地平面。適當去耦的目的是為電路運行創(chuàng )造一個(gè)低噪聲環(huán)境?；疽巹t是通過(guò)提供最短路徑來(lái)使電流輕松返回。

五、電路板層

一旦完成元件放置和平面規劃圖，我們就可以看看電路板設計的另一個(gè)方面 —— 通常稱(chēng)之為電路板層。強烈建議先考慮電路板層，再進(jìn)行PCB布線(xiàn)，因為這將確定系統設計的允許回流路徑。

電路板層指電路板中銅層的垂直布置。這些層應管理整個(gè)電路板的電流和信號。

通常，高性能數據收集系統應有四層或更多層。頂層通常用于數字/模擬信號，而底層用于輔助信號。第二層（接地層）充當阻抗控制信號的參考平面，用于減少I(mǎi)R壓降并屏蔽頂層中的數字信號。最后，電源平面位于第三層。

電源和接地平面必須彼此相鄰，因為它們提供了額外的平面間電容，有助于電源的高頻去耦。對于接地層，這些年來(lái)針對混合信號設計的建議已改變。

多年來(lái)，將接地平面分為模擬和數字兩部分是有道理的，但是對于現代的混合信號器件，建議采用一種新方法。適當的平面規劃和信號分離應能防止高噪聲信號的相關(guān)問(wèn)題。

六、接地平面：分離還是不分離？

接地是混合信號PCB布局設計中的一個(gè)重要步驟。典型4層PCB至少須有一層專(zhuān)門(mén)用于接地平面，以確保返回信號通過(guò)低阻抗路徑返回。所有集成電路接地引腳應路由并直接連接到低阻抗接地平面，從而將串聯(lián)電感和電阻降至最低。

對于混合信號系統，分離模擬和數字接地已成為一種標準接地方法。但是，具有低數字電流的混合信號器件最好通過(guò)單一接地進(jìn)行管理。更進(jìn)一步，設計人員必須根據混合信號電流需求考慮哪種接地做法最合適。設計人員須考慮兩種接地做法。

七、單一接地平面

對于具有單個(gè)低數字電流ADC或DAC的混合信號系統，單一實(shí)接地平面會(huì )是最佳方法。要理解單一接地層的重要性，我們需要回顧返回電流。

返回電流是指返回接地以及器件之間的走線(xiàn)以形成一個(gè)完整環(huán)路的電流。為了防止混合信號干擾，必須跟蹤整個(gè)PCB布局中的每條返回路徑。

對于低頻信號，返回電流將沿著(zhù)電阻最小的路徑流動(dòng)，通常是器件接地基準點(diǎn)之間的直線(xiàn)。但對于較高頻率信號，返回電流的一部分會(huì )嘗試沿著(zhù)信號路徑返回。這是因為沿此路徑的阻抗較低，流出和返回的電流之間形成的環(huán)路最小。

八、這里是小模擬地和數字地分離標題

對于難以采用實(shí)接地方案的復雜系統，分離接地可能更合適。

分離接地平面是另一種常用方法，接地平面一分為二：模擬接地平面和數字接地平面。這適用于具有多個(gè)混合信號器件并消耗高數字電流的更復雜系統。圖5顯示了采用分離接地平面的系統示例。

對于采用分離接地平面的系統，實(shí)現整體接地的最簡(jiǎn)單解決方案是消除接地平面的中斷，并允許返回電流采取更直接的路線(xiàn)，通過(guò)星形接地交界處流回。星形接地是混合信號布局設計中模擬和數字接地平面連接在一起的交界處。

在常見(jiàn)系統中，星形接地可以與模擬和數字接地平面之間的簡(jiǎn)單狹窄連續交界相關(guān)。對于更復雜的設計，星形接地通常用跳線(xiàn)分流到接地接頭來(lái)實(shí)現。星形接地中沒(méi)有電流流動(dòng)，因此不需要承載高電流的接頭和跳線(xiàn)分流器。星形接地的主要作用是確保兩個(gè)接地具有相同的基準電平。

設計人員務(wù)必檢查每個(gè)器件的數據手冊中提供的接地建議，確保符合接地要求并避免與接地有關(guān)的問(wèn)題。另一方面，具有AGND和DGND引腳的混合信號器件可以與各自的接地平面相連因為星形接地也會(huì )在一點(diǎn)上連接兩種接地。

這樣，所有高噪聲數字電流都會(huì )流過(guò)數字電源，一直流到數字接地平面，并回到數字電源，同時(shí)與敏感的模擬電路隔離。AGND和DGND平面的隔離必須在多層PCB的所有層上實(shí)現。

九、其他常見(jiàn)接地做法

可以采用下面的步驟或檢查清單來(lái)確保在混合信號/數字系統中實(shí)施了適當的接地方案：

· 星形接地點(diǎn)的連接應由較寬的銅走線(xiàn)構成。

· 檢查接地平面有無(wú)窄走線(xiàn)，這些連接是不合需要的。

· 提供焊盤(pán)和過(guò)孔很有用，以便在必要時(shí)可以連接模擬和數字接地平面。

十、結論

混合信號應用的PCB布局可能很有挑戰性，創(chuàng )建元件平面規劃圖只是起點(diǎn)。當努力實(shí)現混合信號系統布局的最佳性能時(shí)，正確管理電路板層和制定適當的接地方案也是系統設計人員必須考慮的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

制定元件平面規劃圖將有助于奠定系統設計的整體完整性，適當地組織電路板層將有助于管理整個(gè)電路板的電流和信號。最后，選擇最有利的接地方案將會(huì )改善系統性能，并防止與高噪聲信號和返回電流相關(guān)的問(wèn)題發(fā)生。