高速pcb設(shè)計(jì)指南之六(編輯修改稿)
2024-10-09 08:14 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 行的辦法是 采用差分信號(hào) ：信號(hào)從一條線流入從另外一條信號(hào)線返回，這種情況下，不需要地作為回流路徑。 要深入探討數(shù)字信號(hào)對模擬信號(hào)的干擾必須先了解高頻電流的特性。 高頻電流總是選擇阻抗最小 (電感最低 )，直接位于信號(hào)下方的路徑，因此返回電流會(huì)流過鄰近的電路層，而無論這個(gè)臨近層是電 源層還是地線層。 在實(shí)際工作中一般傾向于使用統(tǒng)一地，而將 PCB 分區(qū)為模擬部分和數(shù)字部分。 模擬信號(hào)在電路板所有層的模擬區(qū)內(nèi)布線，而數(shù)字信號(hào)在數(shù)字電路區(qū)內(nèi)布線。 在這種情況下，數(shù)字信號(hào)返回電流不會(huì)流入到模擬信號(hào)的地。 只有將數(shù)字信號(hào)布線在電路板的模擬部分之上或者將模擬信號(hào)布線在電路板的數(shù)字部分之上時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)數(shù)字信號(hào)對模擬信號(hào)的干擾。出現(xiàn)這種問題并不是因?yàn)闆]有分割地，真正的原因是數(shù)字信號(hào)的布線不適當(dāng)。 PCB 設(shè)計(jì)采用統(tǒng)一地，通過數(shù)字電路和模擬電路分區(qū)以及合適的信號(hào)布線，通常可以解決一些比較 困難的布局布線問題，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生因地分割帶來的一些潛在的麻煩。在這種情況下，元器件的布局和分區(qū) 就成為決定設(shè)計(jì)優(yōu)劣的關(guān)鍵。如果布局布線合理，數(shù)字地電流將限制在電路板的數(shù)字部分，不會(huì)干擾模擬信號(hào)。對于這樣的布線必須仔細(xì)地檢查和核對，要保證百分之百遵守布線規(guī)則。否則，一條信號(hào)線走線不當(dāng)就會(huì)徹底破壞一個(gè)本來非常不錯(cuò)的電路板。 在將 A/D 轉(zhuǎn)換器的模擬地和數(shù)字地管腳連接在一起時(shí)，大多數(shù)的 A/D 轉(zhuǎn)換器廠商會(huì)建議： 將 AGND 和 DGND 管腳通過最短的引線連接到同一個(gè)低阻抗的地上 (注：因?yàn)榇蠖鄶?shù) A/D 轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部沒有 將模擬地和數(shù)字地連接在一起，必須通過外部管腳實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字地的連接 )，任何與 DGND 連接的外部阻抗都會(huì)通過寄生電容將更多的數(shù)字噪聲耦合到 IC 內(nèi)部的模擬電路上。按照這個(gè)建議，需要把 A/D 轉(zhuǎn)換器的 AGND 和 DGND 管腳都連接到模擬地上，但這種方法會(huì)產(chǎn)生諸如數(shù)字信號(hào)去耦電容的接地端應(yīng)該接到模擬地還是數(shù)字地的問題。 如果系統(tǒng)僅有一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，上面的問題就很容易解決。 如圖 3 中所示，將地分割開，在 A/D 轉(zhuǎn)換器下面把模擬地和數(shù)字地部分連接在一起。采取該方法時(shí)，必須保證兩個(gè)地之間的連接橋?qū)挾扰c IC 等寬，并且任何 信號(hào)線都不能跨越分割間隙。 如果系統(tǒng)中 A/D 轉(zhuǎn)換器較多，例如 10個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器怎樣連接呢？如果在每一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器的下面都將模擬地和數(shù)字地連接在一起，則產(chǎn)生多點(diǎn)相連，模擬地和數(shù)字地之間的隔離就毫無意義。而如果不這樣連接，就違反了廠商的要求。 最好的辦法是開始時(shí)就用統(tǒng)一地。如圖 4 所示，將統(tǒng)一的地分為模擬部分和數(shù)字部分。這樣的布局布線既滿足了 IC 器件廠商對模擬地和數(shù)字地管腳低阻抗連接的要求，同時(shí)又不會(huì)形成環(huán)路天線或偶極天線而產(chǎn)生 EMC 問題。 如果對混合信號(hào) PCB 設(shè)計(jì)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(gè)電路板布局布線，在設(shè)計(jì)時(shí)注意盡量使電路板在后邊實(shí)驗(yàn)時(shí)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。注意分區(qū)和布線，確保在所有的層上沒有數(shù)字信號(hào)線位于模擬部分之上，也沒有任何模擬信號(hào)線位于數(shù)字部分之上。而且， 任何信號(hào)線都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙 。 要測試該電路板的功能和 EMC 性能，然后將兩個(gè)地通過 0 歐姆電阻或跳線連接在一起，重新測試該電路板的功能和 EMC 性能。比較測試結(jié)果，會(huì)發(fā)現(xiàn)幾乎在所有的情況下，統(tǒng)一地的方案在功能和 EMC 性能方面比分割地更優(yōu)越。 在以下三種情況可以用到這種方法：一些醫(yī)療設(shè)備要求在與 病人連接的電路和系統(tǒng)之間的漏電流很低；一些工業(yè)過程控制設(shè)備的輸出可能連接到噪聲很大而且功率高的機(jī)電設(shè)備上；另外一種情況就是在 PCB 的布局受到特定限制時(shí)。 在混合信號(hào) PCB 板上通常有獨(dú)立的數(shù)字和模擬電源，能夠而且應(yīng)該采用分割電源面。但是 緊鄰電源層的信號(hào)線不能跨越電源之間的間隙，而所有跨越該間隙的信號(hào)線都必須位于緊鄰大面積地的電路層上 。在有些情況下，將模擬電源以 PCB 連接線而不是一個(gè)面來設(shè)計(jì)可以避免電源面的分割問題。 混合信號(hào) PCB 設(shè)計(jì)是一 個(gè)復(fù)雜的過程，設(shè)計(jì)過程要注意以下幾點(diǎn)： PCB 分區(qū)為獨(dú)立的模擬部分和數(shù)字部分。 。 。 。在電路板的模擬部分和數(shù)字部分下面敷設(shè)統(tǒng)一地。 ，數(shù)字信號(hào)只能在電路板的數(shù)字部分布線。 ，模擬信號(hào)只能在電路板的模擬部分布線。 。 。 布線層上。 流過的路徑和方式。 。 第六篇 RF 產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中降低信號(hào)耦合的 PCB 布線技巧 一輪藍(lán)牙設(shè)備、無繩電話和蜂窩電話需求高潮正促使中國電子工程師越來越關(guān)注 RF 電路設(shè)計(jì)技巧。 RF 電路板的設(shè)計(jì)是最令設(shè)計(jì)工程師感到頭疼的部分，如想一次獲得成功，仔細(xì)規(guī)劃和注重細(xì)節(jié)是必須加以高度重視的兩大關(guān)鍵設(shè)計(jì)規(guī)則。 射頻 (RF)電路板設(shè)計(jì)由于在理論上還有很多不確定性，因此常被形容為一種 “黑色藝術(shù) ”，但這個(gè)觀點(diǎn)只有部分正確， RF 電路板設(shè)計(jì)也有許多可以遵循的準(zhǔn)則和不應(yīng)該被忽視的法則。不過，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)，真正實(shí)用的技巧是當(dāng)這些準(zhǔn)則和法則因各種設(shè)計(jì)約束而無法準(zhǔn)確地實(shí)施時(shí)如何對它們進(jìn)行折衷處理。 當(dāng)然，有許多重要的 RF 設(shè)計(jì)課題值得討論，包括阻抗和阻抗匹配、絕緣層材料和層疊板以及波長和駐波，不過，本文將集中探討與 RF 電路板分區(qū)設(shè)計(jì)有關(guān)的各種問題。 今天的蜂窩電話 設(shè)計(jì)以各種方式將所有的東西集成在一起，這對 RF 電路板設(shè)計(jì)來說很不利。現(xiàn)在業(yè)界競爭非常激烈，人人 都在找辦法用最小的尺寸和最小的成本集成最多的功能。模擬、數(shù)字和 RF 電路都緊密地?cái)D在一起，用來隔開各自問題區(qū)域的空間非常小，而且考慮到成本因素，電路板層數(shù)往往又減到最小。令人感到不可思議的是，多用途芯片可將多種功能集成在一個(gè)非常小的裸片上，而且連接外界的引腳之間排列得又非常緊密，因此 RF、 IF、模擬和數(shù)字信號(hào)非?？拷?，但它們通常在電氣上是不相干的。電源分配可能對設(shè)計(jì)者來說是一個(gè)噩夢，為了延長電池壽命，電路的不同部分是 根據(jù)需要而分時(shí)工作的，并由軟件來控制轉(zhuǎn)換。這意味著你可能需要為你的蜂窩電話提供 5 到 6 種工作電源。 一、 RF 布局概念 在設(shè)計(jì) RF 布局時(shí)，有幾個(gè)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
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