数字電(diàn)路设计和模拟電(diàn)路设计间相互影响

2020-03-19

数字電(diàn)路设计和模拟電(diàn)路设计之间有(yǒu)很(hěn)多(duō)影响，数字電(diàn)路和模拟電(diàn)路之间的區(qū)别在数字電(diàn)路与模拟電(diàn)路之间的差异一文(wén)中介绍过了，下面介绍这两种電(diàn)路在電(diàn)路设计中的相互影响：

地平面是个问题

電(diàn)路设计布線(xiàn)的基本知识适用(yòng)于模拟和数字電(diàn)路。基本的经验法则是使用(yòng)不间断的接地平面。这些知识可(kě)降低数字電(diàn)路中的dI / dt效应，从而改变接地電(diàn)位并导致噪声进入模拟電(diàn)路。数字和模拟電(diàn)路的接線(xiàn)技术基本相同，除了一件事。关于模拟電(diàn)路的另一点重要注意事项是，使接地平面中的数字信号線(xiàn)和電(diàn)路尽可(kě)能(néng)遠(yuǎn)离模拟電(diàn)路。这可(kě)以通过将模拟接地层分(fēn)别连接到系统接地或将模拟電(diàn)路放置在電(diàn)路板的最遠(yuǎn)端（線(xiàn)路的一端）来实现。这样做是為(wèi)了将对信号路径的外部干扰降到底。

如果未正确放置布線(xiàn)，则PCB中的布線(xiàn)可(kě)能(néng)会产生線(xiàn)感和互感。这种寄生電(diàn)感对包含数字开关電(diàn)路的電(diàn)路的运行非常有(yǒu)害

组件位置

如上所述，在每个PCB设计中，電(diàn)路的噪声部分(fēn)都与“安静”（非噪声）部分(fēn)分(fēn)开。通常，数字電(diàn)路“富含噪声”且对噪声不敏感（因為(wèi)数字電(diàn)路具有(yǒu)较大的電(diàn)压噪声容限）；相反，模拟電(diàn)路的電(diàn)压噪声容限要小(xiǎo)得多(duō)。在这两种電(diàn)路中，模拟電(diàn)路对开关噪声最敏感。在数字電(diàn)路设计和模拟電(diàn)路设计系统的布線(xiàn)中，两个電(diàn)路是分(fēn)开的。

PCB设计产生寄生元件

在PCB设计中，很(hěn)容易形成可(kě)能(néng)引起问题的两个基本寄生元件：寄生電(diàn)容和寄生電(diàn)感。设计電(diàn)路板时，将两根导線(xiàn)彼此靠近放置会产生寄生電(diàn)容。操作方法如下：在两个不同的层上，将一根電(diàn)缆放在另一层之上。或在同一层上，将一根布線(xiàn)放在另一根布線(xiàn)旁边。如果另一根線(xiàn)具有(yǒu)高阻抗，则電(diàn)场产生的電(diàn)流将转换為(wèi)電(diàn)压。

快速電(diàn)压瞬变最常发生在模拟電(diàn)路设计的数字端。如果快速電(diàn)压瞬态路由接近高阻抗仿真路由，则该误差将严重影响仿真電(diàn)路的精度。在这种环境下，模拟電(diàn)路有(yǒu)两个缺点：其噪声容限遠(yuǎn)低于数字電(diàn)路的容忍度。高阻抗接線(xiàn)很(hěn)常见。

可(kě)以使用(yòng)两种技术之一来减少这种情况。最常见的技术是根据電(diàn)容的方程式更改線(xiàn)之间的大小(xiǎo)。更改的最有(yǒu)效尺寸是線(xiàn)之间的距离。应该注意的是，電(diàn)容方程分(fēn)母中的变量d将随着d的增加而减小(xiǎo)。可(kě)以更改的另一个变量是两条导線(xiàn)的長(cháng)度。在这种情况下，随着長(cháng)度L的减小(xiǎo)，两条線(xiàn)之间的電(diàn)抗也将减小(xiǎo)。

另一种技术是将两根電(diàn)線(xiàn)之间的電(diàn)線(xiàn)接地。接地線(xiàn)是低阻抗的，添加这样的另一根線(xiàn)会减弱产生干扰的電(diàn)场。

電(diàn)路板中的寄生電(diàn)感原理(lǐ)类似于寄生電(diàn)容。同样是布料两行，在不同的两层中，将一条線(xiàn)放在另一条線(xiàn)的上面；或在同一水平線(xiàn)上，将一根导線(xiàn)紧挨另一根导線(xiàn)。在两种接線(xiàn)配置中，由于该导線(xiàn)的電(diàn)感，一根导線(xiàn)上的電(diàn)流随时间（dI / dt）的变化，将在同一条線(xiàn)上产生電(diàn)压；由于存在互感，另一条線(xiàn)上会产生比例電(diàn)流。如果第一条線(xiàn)上的電(diàn)压变化足够大，则干扰可(kě)能(néng)会降低数字電(diàn)路的電(diàn)压容差并产生误差。这种现象并非数字電(diàn)路独有(yǒu)，但在瞬态开关電(diàn)流较大的数字電(diàn)路中更為(wèi)常见。

為(wèi)了消除電(diàn)磁源的潜在噪声，好将“安静”的模拟線(xiàn)路与嘈杂的I / O端口分(fēn)开。為(wèi)了实现低阻抗電(diàn)源和接地网络，应使数字電(diàn)路导線(xiàn)的感抗最小(xiǎo)化，并应使模拟電(diàn)路的電(diàn)容耦合最小(xiǎo)化。

结论

确定数字電(diàn)路和模拟電(diàn)路范围后，仔细布線(xiàn)对于成功的PCB设计至关重要。通常会根据经验引入接線(xiàn)策略，因為(wèi)很(hěn)难在实验室环境中测试产品的最终成功。因此，尽管数字電(diàn)路设计和模拟電(diàn)路设计的布線(xiàn)策略相似，但重要的是认识并认真对待布線(xiàn)策略的差异。