一、元件放置

與建造房屋類似，放置電路元件之前必須創(chuàng)建系統(tǒng)的平面規(guī)劃圖。此步驟將奠定系統(tǒng)設(shè)計的整體完整性，并應(yīng)有助于避免高噪聲信號干擾。在制定平面圖時，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(shè)計的關(guān)鍵方面。設(shè)計人員應(yīng)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(tǒng)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(shù)字模塊分離

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

三、電源模塊

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

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

四、去耦技術(shù)

電源抑制比（PSRR）是設(shè)計人員在實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)性能時必須考慮的重要參數(shù)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(dāng)去耦到低阻抗接地平面。適當(dāng)去耦的目的是為電路運(yùn)行創(chuàng)造一個低噪聲環(huán)境。基本規(guī)則是通過提供最短路徑來使電流輕松返回。

五、電路板層

一旦完成元件放置和平面規(guī)劃圖，我們就可以看看電路板設(shè)計的另一個方面 —— 通常稱之為電路板層。強(qiáng)烈建議先考慮電路板層，再進(jìn)行PCB布線，因為這將確定系統(tǒng)設(shè)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(yīng)管理整個電路板的電流和信號。

通常，高性能數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)應(yīng)有四層或更多層。頂層通常用于數(shù)字/模擬信號，而底層用于輔助信號。第二層（接地層）充當(dāng)阻抗控制信號的參考平面，用于減少IR壓降并屏蔽頂層中的數(shù)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，這些年來針對混合信號設(shè)計的建議已改變。

多年來，將接地平面分為模擬和數(shù)字兩部分是有道理的，但是對于現(xiàn)代的混合信號器件，建議采用一種新方法。適當(dāng)?shù)钠矫嬉?guī)劃和信號分離應(yīng)能防止高噪聲信號的相關(guān)問題。

六、接地平面：分離還是不分離？

接地是混合信號PCB布局設(shè)計中的一個重要步驟。典型4層PCB至少須有一層專門用于接地平面，以確保返回信號通過低阻抗路徑返回。所有集成電路接地引腳應(yīng)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(tǒng)，分離模擬和數(shù)字接地已成為一種標(biāo)準(zhǔn)接地方法。但是，具有低數(shù)字電流的混合信號器件最好通過單一接地進(jìn)行管理。更進(jìn)一步，設(shè)計人員必須根據(jù)混合信號電流需求考慮哪種接地做法最合適。設(shè)計人員須考慮兩種接地做法。

七、單一接地平面

對于具有單個低數(shù)字電流ADC或DAC的混合信號系統(tǒng)，單一實接地平面會是最佳方法。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以形成一個完整環(huán)路的電流。為了防止混合信號干擾，必須跟蹤整個PCB布局中的每條返回路徑。

對于低頻信號，返回電流將沿著電阻最小的路徑流動，通常是器件接地基準(zhǔn)點之間的直線。但對于較高頻率信號，返回電流的一部分會嘗試沿著信號路徑返回。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(shù)字地分離標(biāo)題

對于難以采用實接地方案的復(fù)雜系統(tǒng)，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(shù)字接地平面。這適用于具有多個混合信號器件并消耗高數(shù)字電流的更復(fù)雜系統(tǒng)。圖5顯示了采用分離接地平面的系統(tǒng)示例。

對于采用分離接地平面的系統(tǒng)，實現(xiàn)整體接地的最簡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，通過星形接地交界處流回。星形接地是混合信號布局設(shè)計中模擬和數(shù)字接地平面連接在一起的交界處。

在常見系統(tǒng)中，星形接地可以與模擬和數(shù)字接地平面之間的簡單狹窄連續(xù)交界相關(guān)。對于更復(fù)雜的設(shè)計，星形接地通常用跳線分流到接地接頭來實現(xiàn)。星形接地中沒有電流流動，因此不需要承載高電流的接頭和跳線分流器。星形接地的主要作用是確保兩個接地具有相同的基準(zhǔn)電平。

設(shè)計人員務(wù)必檢查每個器件的數(shù)據(jù)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在一點上連接兩種接地。

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

九、其他常見接地做法

可以采用下面的步驟或檢查清單來確保在混合信號/數(shù)字系統(tǒng)中實施了適當(dāng)?shù)慕拥胤桨福?/span>

· 星形接地點的連接應(yīng)由較寬的銅走線構(gòu)成。

· 檢查接地平面有無窄走線，這些連接是不合需要的。

· 提供焊盤和過孔很有用，以便在必要時可以連接模擬和數(shù)字接地平面。

十、結(jié)論

混合信號應(yīng)用的PCB布局可能很有挑戰(zhàn)性，創(chuàng)建元件平面規(guī)劃圖只是起點。當(dāng)努力實現(xiàn)混合信號系統(tǒng)布局的最佳性能時，正確管理電路板層和制定適當(dāng)?shù)慕拥胤桨敢彩窍到y(tǒng)設(shè)計人員必須考慮的關(guān)鍵點之一。

制定元件平面規(guī)劃圖將有助于奠定系統(tǒng)設(shè)計的整體完整性，適當(dāng)?shù)亟M織電路板層將有助于管理整個電路板的電流和信號。最后，選擇最有利的接地方案將會改善系統(tǒng)性能，并防止與高噪聲信號和返回電流相關(guān)的問題發(fā)生。