模擬和數(shù)字布線策略的相似之處

1、模擬和數(shù)字布線策略的相似之處 模擬和數(shù)字布線策略的相像之處 1.1 旁路或去耦在布線時(shí)，模擬器件和數(shù)字器件都需要這些類型的電容，都需要逼近其電源引腳銜接一個(gè)電容，此電容值通常為0.1mf。系統(tǒng)供電電源側(cè)需要另一類電容，通常此電容值大約為10mf。這些電容的位置1所示。電容取值范圍為推舉值的1/10至10倍之間。但引腳須較短，且要盡量逼近器件(對(duì)于0.1mf電容)或供電電源(對(duì)于10mf電容)。在板上加旁路或去耦電容，以及這些電容在板上的位置，對(duì)于數(shù)字和模擬設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)都屬于常識(shí)。但好玩的是，其緣由卻有所不同。在模擬布線設(shè)計(jì)中，旁路電容通常用于旁路電源上的高頻信號(hào)，假如不加旁路電容，這些高頻信號(hào)可能

2、通過(guò)電源引腳進(jìn)入敏感的模擬芯片。普通來(lái)說(shuō)，這些高頻信號(hào)的頻率超出模擬器件抑制高頻信號(hào)的能力。假如在中不用法旁路電容的話，就可能在信號(hào)路徑上引入噪聲，更嚴(yán)峻的狀況甚至?xí)鹫駝?dòng)。圖1 在模擬和數(shù)字設(shè)計(jì)中，旁路或去耦電容(1mf)應(yīng)盡量逼近器件放置。供電電源去耦電容(10mf)應(yīng)放置在電路板的電源線入口處。全部狀況下，這些電容的引腳都應(yīng)較短圖2 在此電路板上，用法不同的路途來(lái)布電源線和地線，因?yàn)檫@種不恰當(dāng)?shù)膮f(xié)作，電路板的元器件和線路受電磁干擾的可能性比較大3 在此單面板中，到電路板上器件的電源線和地線彼此逼近。此電路板中電源線和地線的協(xié)作比圖2中恰當(dāng)。電路板中電子元器件和線路受電磁干擾(emi)的

3、可能性降低了679/12.8倍或約54倍對(duì)于控制器和處理器這樣的數(shù)字器件，同樣需要去耦電容，但緣由不同。這些電容的一個(gè)功能是用作“微型”電荷庫(kù)。在數(shù)字電路中，執(zhí)行門狀態(tài)的切換通常需要很大的。因?yàn)殚_(kāi)關(guān)時(shí)芯片上產(chǎn)生開(kāi)關(guān)瞬態(tài)電流并流經(jīng)電路板，有額外的“備用”電荷是有利的。假如執(zhí)行開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)沒(méi)有足夠的電荷，會(huì)造成電源發(fā)生很大變幻。電壓變幻太大，會(huì)導(dǎo)致數(shù)字信號(hào)電平進(jìn)入不確定狀態(tài)，并很可能引起數(shù)字器件中的狀態(tài)機(jī)錯(cuò)誤運(yùn)行。流經(jīng)電路板走線的開(kāi)關(guān)電流將引起電壓發(fā)生變幻，電路板走線存在寄生，可采納如下公式計(jì)算電壓的變幻：v = ldi/dt其中，v = 電壓的變幻；l = 電路板走線感抗；di = 流經(jīng)走線的電流

4、變幻；dt =電流變幻的時(shí)光。因此，基于多種緣由，在供電電源處或有源器件的電源引腳處施加旁路(或去耦)電容是較好的做法。1.2 電源線和地線要布在一起電源線和地線的位置良好協(xié)作，可以降低電磁干擾的可能性。假如電源線和地線協(xié)作不當(dāng)，會(huì)設(shè)計(jì)出系統(tǒng)環(huán)路，并很可能會(huì)產(chǎn)生噪聲。電源線和地線協(xié)作不當(dāng)?shù)膒cb設(shè)計(jì)示例2所示。此電路板上，設(shè)計(jì)出的環(huán)路面積為697cm2。采納圖3所示的辦法，電路板上或電路板外的輻射噪聲在環(huán)路中感應(yīng)電壓的可能性可大為降低。2 模擬和數(shù)字領(lǐng)域布線策略的不同之處2.1 地平面是個(gè)難題電路板布線的基本學(xué)問(wèn)既適用于模擬電路，也適用于數(shù)字電路。一個(gè)基本的閱歷準(zhǔn)則是用法不間斷的地平面，這一常

5、識(shí)降低了數(shù)字電路中的di/dt(電流隨時(shí)光的變幻)效應(yīng)，這一效應(yīng)會(huì)轉(zhuǎn)變地的電勢(shì)并會(huì)使噪聲進(jìn)入模擬電路。數(shù)字和模擬電路的布線技巧基本相同，但有一點(diǎn)除外。對(duì)于模擬電路，還有另外一點(diǎn)需要注重，就是要將數(shù)字信號(hào)線和地平面中的回路盡量遠(yuǎn)離模擬電路。這一點(diǎn)可以通過(guò)如下做法來(lái)實(shí)現(xiàn)：將模擬地平面單獨(dú)銜接到系統(tǒng)地銜接端，或者將模擬電路放置在電路板的最遠(yuǎn)端，也就是線路的末端。這樣做是為了保持信號(hào)路徑所受到的外部干擾最小。對(duì)于數(shù)字電路就不需要這樣做，數(shù)字電路可容忍地平面上的大量噪聲，而不會(huì)浮現(xiàn)問(wèn)題。圖4 (左)將數(shù)字開(kāi)關(guān)動(dòng)作和模擬電路隔離，將電路的數(shù)字和模擬部分分開(kāi)。 (右) 要盡可能將高頻和低頻分開(kāi)，高頻元件要逼

6、近電路板的接插件圖5 在pcb上布兩條逼近的走線，很簡(jiǎn)單形成寄生電容。因?yàn)檫@種電容的存在，在一條走線上的迅速電壓變幻，可在另一條走線上產(chǎn)生電流信號(hào)圖6 假如不注重走線的放置，pcb中的走線可能產(chǎn)生線路感抗和互感。這種寄生電感對(duì)于包含數(shù)字開(kāi)關(guān)電路的電路運(yùn)行是十分有害的2.2 元件的位置如上所述，在每個(gè)pcb設(shè)計(jì)中，電路的噪聲部分和“寧?kù)o”部分(非噪聲部分)要分隔開(kāi)。普通來(lái)說(shuō)，數(shù)字電路“富含”噪聲，而且對(duì)噪聲不敏感(由于數(shù)字電路有較大的電壓噪聲容限)；相反，模擬電路的電壓噪聲容限就小得多。兩者之中，模擬電路對(duì)開(kāi)關(guān)噪聲最為敏感。在混合信號(hào)系統(tǒng)的布線中，這兩種電路要分隔開(kāi)，4所示。2.3 pcb設(shè)計(jì)產(chǎn)

7、生的寄生元件pcb設(shè)計(jì)中很簡(jiǎn)單形成可能產(chǎn)生問(wèn)題的兩種基本寄生元件：寄生電容和寄生電感。設(shè)計(jì)電路板時(shí)，放置兩條彼此逼近的走線就會(huì)產(chǎn)生寄生電容?？梢赃@樣做：在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條走線的旁邊，5所示。在這兩種走線配置中，一條走線上電壓隨時(shí)光的變幻(dv/dt)可能在另一條走線上產(chǎn)生電流。假如另一條走線是高阻抗的，電場(chǎng)產(chǎn)生的電流將轉(zhuǎn)化為電壓。迅速電壓瞬變最常發(fā)生在模擬信號(hào)設(shè)計(jì)的數(shù)字側(cè)。假如發(fā)生迅速電壓瞬變的走線逼近高阻抗模擬走線，這種誤差將嚴(yán)峻影響模擬電路的精度。在這種環(huán)境中，模擬電路有兩個(gè)不利的方面：其噪聲容限比數(shù)字電路低得多；高阻抗走線

8、比較常見(jiàn)。采納下述兩種技術(shù)之一可以削減這種現(xiàn)象。最常用的技術(shù)是按照電容的方程，轉(zhuǎn)變走線之間的尺寸。要轉(zhuǎn)變的最有效尺寸是兩條走線之間的距離。應(yīng)當(dāng)注重，變量 d在電容方程的分母中，d增強(qiáng)，容抗會(huì)降低?？赊D(zhuǎn)變的另一個(gè)變量是兩條走線的長(zhǎng)度。在這種狀況下，長(zhǎng)度l降低，兩條走線之間的容抗也會(huì)降低。另一種技術(shù)是在這兩條走線之間布地線。地線是低阻抗的，而且添加這樣的另外一條走線將減弱產(chǎn)生干擾的電場(chǎng)，5所示。電路板中寄生電感產(chǎn)生的原理與寄生電容形成的原理類似。也是布兩條走線，在不同的兩層，將一條走線放置在另一條走線的上方；或者在同一層，將一條走線放置在另一條的旁邊，6所示。在這兩種走線配置中，一條走線上電流隨時(shí)光的變幻(di/dt)，因?yàn)檫@條走線的感抗，會(huì)在同一條走線上產(chǎn)生電壓；并因?yàn)榛ジ械拇嬖?，?huì)在另一條走線上產(chǎn)生成比例的電流。假如在第一條走線上的電壓變幻足夠大，干擾可能會(huì)降低數(shù)字電路的電壓容限而產(chǎn)生誤差。并不只是在數(shù)字電路中才會(huì)發(fā)生這種現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象在數(shù)字電路中比較常見(jiàn)，由于數(shù)字電路中存在較大的瞬時(shí)開(kāi)關(guān)電流。為消退電磁干擾源的潛在噪聲，最好將“寧?kù)o”的模擬線路和噪聲i/o端口分開(kāi)。要設(shè)法實(shí)現(xiàn)低阻抗的電源和地網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)盡量減小數(shù)字電路導(dǎo)線的感抗，盡量降低模擬電