高速數模混合電路信號完整性分析與PCB設計

喬曉聰

摘 要隨著科技持續發展，各種電子產品不斷涌現，逐漸走上“高集成度、高可靠性”等道路。在電路板發展中，高速數模混合電路成為新的發展趨勢，被廣泛應用到不同領域、行業中。由于高速數模混合PCB不同于傳統的PCB，需要靈活運用新的方法來合理設計PCB，確保高速數模混合電路的穩定運行，其信號具有其完整性，更好地發揮自身的作用。

【關鍵詞】高速數模 混合電路 信號完整性 PCB設計

在電子系統時鐘頻率逐漸提高的過程中，電路信號完整性問題不斷顯現，比如，出現錯誤的時序，傳輸線的反射不正確，嚴重影響電路系統的正常運行，而PCB上的各線路會更加緊湊，出現串擾噪聲，信號傳輸效果較差。對于高速數模混合電路來說，需要結合線路運行的實際情況，合理設計PCB，解決電路信號的完整性問題，不斷提高信號傳輸的質量，為不同行業、領域發展提供重要的信息資源，促進其發展。

1 高速數模混合電路信號的完整性

信號完整性就是在信號線上，信號的質量。想要保證信號的完整性，必須滿足一定的要求，要確保空間的完整性，能夠滿足電路相關的要求，比如，最大輸入的低電平要求。還要確保時間上的完整性，要能夠有效維護電路的最小維持時間等。

1.1 電路信號完整性的影響因素

就信號完整性而言，受到多種因素的影響。一是：延遲。就信號而言，其傳輸要借助PCB板的導線，在傳輸過程中，會出現傳輸延遲現象。一旦傳輸的信號延遲，電路系統時序將會受到影響，進而影響信號的完整性。就傳輸延遲來說，會受制于導線的長度、周圍介質的介質常數。二是：反射、串擾噪聲。在電路系統運行中，如果信號線網出現過孔、彎曲等問題，將會產生反射噪聲。如果電路信號網、電源分布系統等之間出現電磁耦合，將會產生串擾噪聲，都會干擾信號，影響信號的傳輸。

1.2 電路信號完整性需要解決的問題

1.2.1 電源分布

在設計高速數模混合電路板過程中，要全方位分析電源分布網絡。它要為低噪聲的電路板電路提供必要的電源，但屬于低噪聲，VCC、接地等都需要包括內。還要在提供對應的信號回路，電路板上產生、接收的信號便是其主要對象。

1.2.2 串擾問題，運用電磁兼容性。

所謂的串擾是指在電路運行過程中，存在于線跡之間多余的信號耦合，屬于電容、電感性質。電容性的串擾就是信號線路的電容耦合，一旦不同線路相互靠近，就會發生串擾問題。而電感串擾是線路中多余變壓器線圈間的信號耦合，在電流環路作用下，出現串擾問題。借助電磁兼容性，使各種電氣裝置、電氣系統能夠同時在電磁環境下存在，不會被電磁環境影響，也不會影響周圍環境。從某種角度來說，在電磁兼容性作用下，電路系統信號不會受到周圍環境的影響，已有的性能、功能也不會被損壞，導致周圍環境中的電磁能量過多，影響電路周圍設備的正常運作，避免電路故障的頻繁發生，處于有序運行中。

2 高速數模混合電路PCB設計

在全面了解電磁兼容的基礎上，要遵循這些方面的原則。在設計PCB的時候，需要盡可能減少電流環路已有的面積，確保電路信號能夠順利通過，避免出現大型的環狀天線。同時，在設計的時候，不能采用多個參考面，避免形成偶極天線，影響信號的傳輸。

2.1 布局布線方面

在布局元器件的時候，要分開放置模擬與數字電路部分，以數字信號為例，要在數字電路區間內部進行布線。在返回電路的時候，數字信號才不會進入模擬信號區間，干擾其中的模擬信號，影響信號的正常傳輸。如果線路具有較高頻率，需要進行手工布線。在此基礎上，要注意輸入、輸出連接器所處的位置，處理好模擬電路、數字電路的布線，避免相互影響。要采用低阻抗的電源以及地網絡，避免數字電路導線受到較大的感抗，避免模擬線路出現電容耦合現象。此外，如果數字電路的頻率較高，而模擬線路有具有較強的敏感度，相互之間必須保持一定的距離。

2.2 處理電源和接地線

在設計過程中，要合理布局接地線，進行必要的處理，提高電路性能。在優化設計高速數模混合電路的時候，需要全方位了解電路回流到地面的方法。如果需要分割地線層，還要經過其中的間隙布線，需要采用單點連接的方法，連接被分割地，構建連接橋梁。在優化利用連接橋布線的基礎上，使每個信號線下方都有直接的電流回流路徑。當然，也可以借助光隔離器件等，跨領域分割信號間隙。在設計電路PCB的時候，還需要綜合應用數字與模擬電路，注重電路信號布線，有效解決設計中遇到的實際問題，比如，布局布線問題，避免分割地帶產生相關問題。需要全面分析高速數模混合電路板的測試結果，優化設計方案，靈活應用電磁兼容性，合理設計PCB。此外，就混合信號PCB板而言，必須有獨立的數字、模擬電源，借助分割電源面，控制好電源平面，必須小于相鄰的地平面，避免出現耦合效應。

2.3 處理混合器件

通常情況下，混合器件都有晶振等，而在器件內部，也是由數字電路、模擬電路相互組成。在設計過程中，需要把DGND、AGND的引腳連接到相同的低阻抗上面，要盡可能縮短引線，確保所有的DGND都能順利通過。盡管轉換器內部的數字電流會進入到模擬的地平面中，但并不會對其中的信號產生較大的干擾，能夠確保信號信息的正常傳輸。在此基礎上，數字與模擬電路引腳也需要連接到模擬的電源平面中，并靠近相關的旁路電容，還可以采用跨接電感的方法隔離線路。

3 結語

總而言之，在電路板發展過程中，要把高速數模混合電路放在核心位置，優化PCB設計，確保電路信號的完整性，能夠在不同線路中有序傳輸，信號不會被電磁干擾，確保信息數據的準確。在設計的時候，要特別注意電磁兼容問題，突破設計難點，避免電路板被干擾。以此，避免電路故障的頻繁發生，線路設備具有其電磁兼容性，使其處于安全、穩定運行中，使電路板更好地投入到使用中，具有較好的效益。

參考文獻

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作者單位

河北諾亞人力資源開發有限公司 河北省石家莊市 050081