模拟和数字领域布线策略的不同之处

地平面是个难题

电路板布线的基本知识既适用于模拟电路，也适用于数字电路。一个基本的经验准则是使用不间断的地平面，这一常识降低了数字电路中的dI/dt（电流随时间的变化）效应，这一效应会改变地的电势并会使噪声进入模拟电路。数字和模拟电路的布线技巧基本相同，但有一点除外。对于模拟电路，还有另外一点需要注意，就是要将数字信号线和地平面中的回路尽量远离模拟电路。这一点可以通过如下做法来实现：将模拟地平面单独连接到系统地连接端，或者将模拟电路放置在电路板的远端，也就是线路的末端。这样做是为了保持信号路径所受到的外部干扰。对于数字电路就不需要这样做，数字电路可容忍地平面上的大量噪声，而不会出现问题。

图4 （左）将数字开关动作和模拟电路隔离，将电路的数字和模拟部分分开。 （右） 要尽可能将高频和低频分开，高频元件要靠近电路板的接插件。

图5 在PCB上布两条靠近的走线，很容易形成寄生电容。由于这种电容的存在，在一条走线上的快速电压变化，可在另一条走线上产生电流信号。

图6 如果不注意走线的放置，PCB中的走线可能产生线路感抗和互感。这种寄生电感对于包含数字开关电路的电路运行是非常有害的。

元件的位置

如上所述，在每个PCB设计中，电路的噪声部分和“安静”部分（非噪声部分）要分隔开。一般来说，数字电路“富含”噪声，而且对噪声不敏感（因为数字电路有较大的电压噪声容限）;相反，模拟电路的电压噪声容限就小得多。两者之中，模拟电路对开关噪声为敏感。在混合信号系统的布线中，这两种电路要分隔开，如图4所示。

PCB设计产生的寄生元件

PCB设计中很容易形成可能产生问题的两种基本寄生元件：寄生电容和寄生电感。设计电路板时，放置两条彼此靠近的走线就会产生寄生电容。可以这样做：在不同的两层，将一条走线放置在另一条走线的上方;或者在同一层，将一条走线放置在另一条走线的旁边，如图5所示。在这两种走线配置中，一条走线上电压随时间的变化（dV/dt）可能在另一条走线上产生电流。如果另一条走线是高阻抗的，电场产生的电流将转化为电压。

快速电压瞬变常发生在模拟信号设计的数字侧。如果发生快速电压瞬变的走线靠近高阻抗模拟走线，这种误差将严重影响模拟电路的。在这种环境中，模拟电路有两个不利的方面：其噪声容限比数字电路低得多;高阻抗走线比较常见。

采用下述两种技术之一可以减少这种现象。常用的技术是根据电容的方程，改变走线之间的尺寸。要改变的有效尺寸是两条走线之间的距离。应该注意，变量d在电容方程的分母中，d增加，容抗会降低。可改变的另一个变量是两条走线的长度。在这种情况下，长度L降低，两条走线之间的容抗也会降低。

另一种技术是在这两条走线之间布地线。地线是低阻抗的，而且添加这样的另外一条走线将削弱产生干扰的电场，如图5所示。

电路板中寄生电感产生的原理与寄生电容形成的原理类似。也是布两条走线，在不同的两层，将一条走线放置在另一条走线的上方;或者在同一层，将一条走线放置在另一条的旁边，如图6所示。在这两种走线配置中，一条走线上电流随时间的变化（dI/dt），由于这条走线的感抗，会在同一条走线上产生电压;并由于互感的存在，会在另一条走线上产生成比例的电流。如果在条走线上的电压变化足够大，干扰可能会降低数字电路的电压容限而产生误差。并不只是在数字电路中才会发生这种现象，但这种现象在数字电路中比较常见，因为数字电路中存在较大的瞬时开关电流。

为消除电磁干扰源的潜在噪声，将“安静”的模拟线路和噪声I/O端口分开。要设法实现低阻抗的电源和地网络，应尽量减小数字电路导线的感抗，尽量降低模拟电路的电容耦合。

小结

数字和模拟范围确定后，谨慎地布线对获得成功的PCB至关重要。布线策略通常作为经验准则向大家介绍，因为很难在实验室环境中测试出产品的终成功与否。因此，尽管数字和模拟电路的布线策略存在相似之处，还是要认识到并认真对待其布线策略的差别。