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(jì)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(jì)的關(guān)鍵方面。設(shè)計(jì)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(yàn)，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(jì)人員在實(shí)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(jì)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?yàn)檫@將確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)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?yàn)樗鼈兲峁┝祟~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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(shí)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(diǎn)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?yàn)檠卮寺窂降淖杩馆^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(shí)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(shí)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(jì)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(jì)，星形接地通常用跳線分流到接地接頭來實(shí)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(jì)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?yàn)樾切谓拥匾矔谝稽c(diǎn)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(shí)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(shí)施了適當(dāng)?shù)慕拥胤桨福?/span>

· 星形接地點(diǎn)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(diǎn)。當(dāng)努力實(shí)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(jì)人員必須考慮的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

制定元件平面規(guī)劃圖將有助于奠定系統(tǒng)設(shè)計(jì)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。