【正文】 和布線之前，工程師要弄清楚布局和布線方案的基本弱點。在此，通過透徹分析高密度、高性能、混合信號 PCB 的布局和布線設 計，你可以掌握成功策略和技術。 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者所有 ) 第 1 頁 共 25 頁 高速 PCB 設計指南之六 第一篇 混合信號電路板的設計準則 模擬電路的工作依賴連續(xù)變化的電流和電壓。 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者所有 ) 第 2 頁 共 25 頁 一、 混合信號電路布線基礎 當數(shù)字和模擬電路在同一塊板卡上共享相同的元件時，電路的布局及布線必須講究方法。即使存在虛假判斷，大部分工程師傾向利用布局和布線信息來識別潛在的電氣影響。獨立數(shù)字時鐘源為 OC48 I/O、微處理器和系統(tǒng) I/O 提供時鐘。在鄰近信號層穿過一開口走線會造成阻抗不連續(xù)和不良的傳輸線回路。在開始布局和布線之前，要讓目標制造商復查初步的分層方案。系統(tǒng) I/O 連接器位置和信號分配也是固定的。 要向芯片分銷商咨詢 PCB 排板的設計指南。 數(shù)字布線的電氣和制造準則規(guī)范此時才可以恰當?shù)貞玫皆O計之中。對于高頻器件來說，電源的印制線相當于小電感，它將惡化電源噪聲，使模擬和數(shù)字電路之間產(chǎn)生不期望的耦合。 電源出路圖確定之后，就可以開始自動布線。讓旁路電容跨過開口的電源層對一些數(shù)字信號的布板有好處，但不推薦在 數(shù)字和模擬電源層之間進行橋接，這是因為噪聲會通過旁路電容互相耦合。 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者所有 ) 第 9 頁 共 25 頁 如何降低數(shù)字信號和模擬信號間的相互干擾呢？在設計之前必須了解電磁兼容 (EMC)的 兩個基本原則 ： 第一個原則是盡可能減小電流環(huán)路的面積；第二個原則是系統(tǒng)只采用一個參考面 。流經(jīng)大環(huán)路的高頻電流會產(chǎn)生輻射和很高的地電感，如果流過大環(huán)路的是低電平模擬電流，該電流很容易受到外部信號干擾。對于前者，跨越分割間隙的是光信號；在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁 場。出現(xiàn)這種問題并不是因為沒有分割地，真正的原因是數(shù)字信號的布線不適當。 如果系統(tǒng)僅有一個 A/D 轉換器，上面的問題就很容易解決。 如果對混合信號 PCB 設計采用統(tǒng)一地的做法心存疑慮，可以采用地線層分割的方法對整個電路板布局布線，在設計時注意盡量使電路板在后邊實驗時易于用間距小于 1/2 英寸的跳線或 0歐姆電阻將分割地連接在一起。在有些情況下，將模擬電源以 PCB 連接線而不是一個面來設計可以避免電源面的分割問題。 。不過，在實際設計時，真正實用的技巧是當這些準則和法則因各種設計約束而無法準確地實施時如何對它們進行折衷處理。 一、 RF 布局概念 在設計 RF 布局時，有幾個總的原則必須優(yōu)先加以滿足： 盡可能地把高功率 RF 放大器 (HPA)和低噪音放大器 (LNA)隔離開來 ，簡單地說，就是讓高功率 RF 發(fā)射電路遠離低功率 RF接收電路。 敏感的模擬信號應該盡可能遠離高速數(shù)字信號和 RF 信號 。 RF 與 IF 走線應盡可能走十字交叉，并盡可能在 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者所有 ) 第 17 頁 共 25 頁 它們之間隔一塊地 。 盡管有以上的問題，但是金屬屏蔽罩非常有效，而且常常還是隔離關鍵電路的唯一解決方案。這幾個重要元件的布局原則是： C4 要盡可能靠近 IC 引腳并接地， C3必須最靠近 C4， C2必須最靠近 C3，而且IC 引腳與 C4 的連接走 線要盡可能短，這幾個元件的接地端 (尤其是 C4)通常應當通過下一地層與芯片的接地引腳相連。電源通常從連接器引入，并立即進行去耦處理以濾除任何來自線路板外部的噪聲，然后再經(jīng)過一組開關或穩(wěn)壓器之后對其進行分配。在最好情況下，它們將能在任何溫度和電壓條件下穩(wěn)定地工作。平衡 RF 信號線如果走線正確的話，可以減少噪聲和交叉干擾，但是它們的阻抗通常比較高，而且要保持一個合理的線寬以得到一個匹配信號源、走線和負載的阻抗，實際布線可能會有一些困難。那么困難在哪里呢？首先，控制線的期望頻寬范圍可能從DC 直到 2MHz，而通過濾波來去掉這么寬頻帶的噪聲幾乎是不可能的；其次， VCO 控制線通常是一個控制頻率的反饋回路的一部分，它在很多地方都有可能引入噪聲，因此 必須非常小心處理 VCO 控制線 。信號通常排列在芯片的相鄰腳上，但這些信號引腳又需要與相對較大的電感和電容配合才能工作，這反過來要求這些電感和電容的位置必須靠得很近，并連回到一個對噪聲很敏感的控制環(huán)路上。 在所有 PCB 設計中， 盡可能將數(shù)字電路遠離模擬電路 是一條總的原則，它同樣也適用于 RF PCB 設計。 此外，將并行RF 走線之間的距離減到最小可以將感性耦合減到最小。一張 ECO 很輕易使你的工作陷入混亂，不管需要做的修改是多么的微小。 不論是不是 “黑色藝術 ”，遵守一些基本的 RF 設計規(guī)則和留意一些優(yōu)秀的設計實例將可幫助你完成 RF 設計工作。 我曾試過把接地面分成幾塊來隔離模擬、數(shù)字和 RF 線路，但我從未對結果感到滿意過，因為最終總是有一些高速信號線要穿過這些分開的地，這不是一件好事。因此在設計早期階段，仔細的計劃、考慮周全的元器件布局和徹底的布局評估都非常重要，由于疏忽而引起的設計更改將可能導致一個即將完成的設計又必須推倒重來。 自動增益控制 (AGC)放大器同樣是一個容易出問題的地方，不管是發(fā)射還是接收電路都會有 AGC 放大器。此外，要確保 VCO 的電源 已得到充分去耦，由于 VCO 的 RF 輸出往往是一個相對較高的電平， VCO 輸出信號很容易干擾其它電路， 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者所有 ) 第 22 頁 共 25 頁 因此必須對 VCO 加以特別注意。當混 頻器在 RF 頻率處到達共模隔離狀態(tài)時，它將無法正常工作。 如果射頻信號線不得不從濾波器的輸入端繞回輸出端，這可能會嚴重損害濾波器的帶通特性。為了避免太多電流損耗，需要采用多個過孔來將電流從某一層傳遞到另一層。 中國最大的管理資料下載中心 (收集 \整理 . 部分版權歸原作者所有 ) 第 19 頁 共 25 頁 一塊集成電路或放大器常常帶有一個開漏極輸出，因此需要一個上拉電感來提供一個高阻抗 RF 負載和一個低阻抗直流電源，同樣的原則也適用于對這一電感端的電源進行去耦 。許多集成了線性線路的 RF 芯片對電源的噪音非常敏感，通常每個芯片都需要采用高達四個電容和一個隔離電感來確保濾除所有的電源噪音 (見圖 1)。 在蜂窩電話 PCB 板上，通常可以將低噪音放大器電路放在PCB 板的某一面，而高功率放大器放在另一面，并最終通過雙工器把它們在同一面上連接到 RF 端和基帶處理器端的天線上。物理分區(qū)主要涉及元器件布局、朝向和屏蔽等問題；電氣分區(qū)可以繼續(xù)分解為電源分配、 RF 走線、敏感電路和信號以及接地等的分區(qū)。你可以把他們放在 PCB 板的兩面，或者讓它們交替工作，而不是同時工作。 今天的蜂窩電話設計以各種方式將所有的東西集成在一起，這對 RF 電路板設計來