如何降低數字信号和模拟信号間的相互幹擾呢？

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路的面積;

第二個原則是系統隻采用一個參考面。相反，如果系統存在兩個參考面，就可能形成一個偶極天線（注：小型偶極天線的輻射大小與線的長度、流過的電流大小以及頻率成正比）;而如果信号不能通過盡可能小的環路返回，就可能形成一個大的環狀天線（注：小型環狀天線的輻射大小與環路面積、流過環路的電流大小以及頻率的平方成正比）。在設計中要盡可能避免這兩種情況。

有人建議将混合信号電路闆上的數字地和模拟地分割開，這樣能實現數字地和模拟地之間的隔離。盡管這種方法可行，但是存在很多潛在的問題，在複雜的大型系統中問題尤其突出。最關鍵的問題是不能跨越分割間隙布線，一旦跨越了分割間隙布線，電磁輻射和信号串擾都會急劇增加。在PCB設計中最常見的問題就是信号線跨越分割地或電源而産生EMI問題。

我們采用上述分割方法，而且信号線跨越了兩個地之間的間隙，信号電流的返回路徑是什麼呢？假定被分割的兩個地在某處連接在一起（通常情況下是在某個位置單點連接），在這種情況下，地電流将會形成一個大的環路。流經大環路的高頻電流會産生輻射和很高的地電感，如果流過大環路的是低電平模拟電流，該電流很容易受到外部信号幹擾。最糟糕的是當把分割地在電源處連接在一起時，将形成一個非常大的電流環路。另外，模拟地和數字地通過一個長導線連接在一起會構成偶極天線。

了解電流回流到地的路徑和方式是優化混合信号電路闆設計的關鍵。許多設計工程師僅僅考慮信号電流從哪兒流過，而忽略了電流的具體路徑。如果必須對地線層進行分割，而且必須通過分割之間的間隙布線，可以先在被分割的地之間進行單點連接，形成兩個地之間的連接橋，然後通過該連接橋布線。這樣，在每一個信号線的下方都能夠提供一個直接的電流回流路徑，從而使形成的環路面積很小。

采用光隔離器件或變壓器也能實現信号跨越分割間隙。對于前者，跨越分割間隙的是光信号;在采用變壓器的情況下，跨越分割間隙的是磁場。還有一種可行的辦法是采用差分信号：信号從一條線流入從另外一條信号線返回，這種情況下，不需要地作為回流路徑。

要深入探讨數字信号對模拟信号的幹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），直接位于信号下方的路徑，因此返回電流會流過鄰近的電路層，而無論這個臨近層是電源層還是地線層。

在實際工作中一般傾向于使用統一地，而将PCB分區為模拟部分和數字部分。模拟信号在電路闆所有層的模拟區内布線，而數字信号在數字電路區内布線。在這種情況下，數字信号返回電流不會流入到模拟信号的地。

隻有将數字信号布線在電路闆的模拟部分之上或者将模拟信号布線在電路闆的數字部分之上時，才會出現數字信号對模拟信号的幹擾。出現這種問題并不是因為沒有分割地，真正的原因是數字信号的布線不适當。

PCB設計采用統一地，通過數字電路和模拟電路分區以及合适的信号布線，通常可以解決一些比較困難的布局布線問題，同時也不會産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就成為決定設計優劣的關鍵。如果布局布線合理，數字地電流将限制在電路闆的數字部分，不會幹擾模拟信号。對于這樣的布線必須仔細地檢查和核對，要保證百分之百遵守布線規則。否則，一條信号線走線不當就會徹底破壞一個本來非常不錯的電路闆。

在将A/D轉換器的模拟地和數字地管腳連接在一起時，大多數的A/D轉換器廠商會建議：将AGND和DGND管腳通過最短的引線連接到同一個低阻抗的地上（注：因為大多數A/D轉換器芯片内部沒有将模拟地和數字地連接在一起，必須通過外部管腳實現模拟和數字地的連接），任何與DGND連接的外部阻抗都會通過寄生電容将更多的數字噪聲耦合到IC内部的模拟電路上。按照這個建議，需要把A/D轉換器的AGND和DGND管腳都連接到模拟地上，但這種方法會産生諸如數字信号去耦電容的接地端應該接到模拟地還是數字地的問題。

如果系統僅有一個A/D轉換器，上面的問題就很容易解決。如圖3中所示，将地分割開，在A/D轉換器下面把模拟地和數字地部分連接在一起。采取該方法時，必須保證兩個地之間的連接橋寬度與IC等寬，并且任何信号線都不能跨越分割間隙。

如果系統中A/D轉換器較多，例如10個A/D轉換器怎樣連接呢？如果在每一個A/D轉換器的下面都将模拟地和數字地連接在一起，則産生多點相連，模拟地和數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就用統一地。如圖4所示，将統一的地分為模拟部分和數字部分。這樣的布局布線既滿足了IC器件廠商對模拟地和數字地管腳低阻抗連接的要求，同時又不會形成環路天線或偶極天線而産生EMC問題。

如果對混合信号PCB設計采用統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闆布局布線，在設計時注意盡量使電路闆在後邊實驗時易于用間距小于1/2英寸的跳線或0歐姆電阻将分割地連接在一起。注意分區和布線，确保在所有的層上沒有數字信号線位于模拟部分之上，也沒有任何模拟信号線位于數字部分之上。而且，任何信号線都不能跨越地間隙或是分割電源之間的間隙。

要測試該電路闆的功能和EMC性能，然後将兩個地通過0歐姆電阻或跳線連接在一起，重新測試該電路闆的功能和EMC性能。比較測試結果，會發現幾乎在所有的情況下，統一地的方案在功能和EMC性能方面比分割地更優越。

分割地的方法還有用嗎？

在以下三種情況可以用到這種方法：

一些醫療設備要求在與病人連接的電路和系統之間的漏電流很低;

一些工業過程控制設備的輸出可能連接到噪聲很大而且功率高的機電設備上;

另外一種情況就是在PCB的布局受到特定限制時。

在混合信号PCB闆上通常有獨立的數字和模拟電源，能夠而且應該采用分割電源面。但是緊鄰電源層的信号線不能跨越電源之間的間隙，而所有跨越該間隙的信号線都必須位于緊鄰大面積地的電路層上。在有些情況下，将模拟電源以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。

混合信号PCB設計是一個複雜的過程，設計過程要注意以下幾點：

1.将PCB分區為獨立的模拟部分和數字部分。

2.合适的元器件布局。

3.A/D轉換器跨分區放置。

4.不要對地進行分割。在電路闆的模拟部分和數字部分下面敷設統一地。

5.在電路闆的所有層中，數字信号隻能在電路闆的數字部分布線。

6.在電路闆的所有層中，模拟信号隻能在電路闆的模拟部分布線。

7.實現模拟和數字電源分割。

8.布線不能跨越分割電源面之間的間隙。

9.必須跨越分割電源之間間隙的信号線要位于緊鄰大面積地的布線層上。

10.分析返回地電流實際流過的路徑和方式。

11.采用正确的布線規則。

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