摘要：混合信号电路的设计 PCB 非常复杂。 元器件的布局布线以及电源和地线的处理将直接影响电路性能和电磁兼容性能。 本文介绍的接地和电源分区设计可以优化混合信号电路的性能。

如何减少数字信号和模拟信号之间的相互干扰？ 在设计之前，我们必须了解电磁兼容（EMC）的两个基本原则：第一个原则是最小化电流回路的面积； 第二个原则是系统只使用一个参考面。 相反，如果系统有两个参考平面，则可以组成偶极天线（注意：小偶极天线的辐射大小与线路长度、流过的电流量和频率成正比）； 而如果信号不能尽可能通过小回路的返回，则可能形成大回路天线（注意：小回路天线的辐射大小与回路面积成正比，流过回路的电流，平方频率）。 在设计中尽量避免这两种情况。

建议在混合信号电路板上将数字地和模拟地分开，这样可以实现数字地和模拟地之间的隔离。 这种方法虽然可行，但存在许多潜在问题，尤其是在复杂的大规模系统中。 最关键的问题是不能跨部门间隙布线。 一旦划分间隙布线，电磁辐射和信号串扰将急剧增加。 PCB设计中最常见的问题是信号线穿过分割地或电源而产生EMI问题。

如何实现混合信号PCB的分区设计

如图1所示，我们采用上述划分方式，信号线穿过两个地之间的间隙。 信号电流的返回路径是什么？ 假设分开的两个地在某处连接在一起（通常是某个位置的单点连接），在这种情况下，地电流会形成一个大回路。 流过大回路的高频电流会产生辐射和高地电感。 如果低电平模拟电流流过大回路，电流很容易受到外部信号的干扰。 最糟糕的是，当在电源处将分开的地连接在一起时，会形成一个非常大的电流回路。 另外，模拟地和数字地用长导线连接，形成偶极天线。

了解电流返回地的路径和方法是优化混合信号电路板设计的关键。 许多设计工程师只考虑信号电流流向何处，而忽略了电流的具体路径。 如果必须分割地层，并且必须通过分割间的间隙走线，可以在分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后通过连接桥布线. 这样就可以在每条信号线下设置直流回路，形成的环路面积小。

使用光隔离器件或变压器也可以实现信号跨越分割间隙。 对于前者，是跨越分割间隙的光信号； 在变压器的情况下，穿过分段间隙的是磁场。 另一种可行的方法是使用差分信号：信号从一条线流入并从另一条信号线返回。 在这种情况下，不需要接地作为返回路径。

要深入探究数字信号对模拟信号的干扰，首先要了解高频电流的特性。 对于高频电流，总是选择阻抗最小（电感最低）且信号正下方的路径，这样回流电流就会流过相邻的电路层，不管相邻层是电源层还是地层.

在实际工作中，一般倾向于使用统一地，将PCB分为模拟部分和数字部分。 模拟信号走线在电路板各层的模拟区，数字信号走线在数字电路区。 在这种情况下，数字信号返回电流不会流入模拟信号地。

只有当数字信号接线在电路板的模拟部分或模拟信号接线在电路板的数字部分时，才会出现数字信号对模拟信号的干扰。 不会出现这种问题，因为没有分地，真正的原因是数字信号接线不当。

PCB设计采用统一接地，通过数字电路和模拟电路的划分以及适当的信号布线，通常可以解决一些比较困难的布局布线问题，同时也不会造成一些接地划分带来的潜在麻烦。 在这种情况下，组件的布局和分区就成为决定设计优劣的关键。 如果布局合理，数字地电流将被限制在电路板的数字部分，不会干扰模拟信号。 此类接线必须仔细检查和验证，以确保100%符合接线规则。 否则，不正确的信号线布线将完全破坏原本非常好的电路板。

当将 A/D 转换器的模拟地和数字地引脚连接在一起时，大多数 A/D 转换器制造商会建议： 通过最短的引线将 AGND 和 DGND 引脚连接到相同的低阻抗地。 （注意：由于大多数A/D 转换器芯片不会将模拟地和数字地连接在一起，因此模拟地和数字地必须通过外部引脚连接。）任何连接到DGND 的外部阻抗都会通过寄生电容。 更多的数字噪声耦合到 IC 内部的模拟电路。 根据这个建议，需要将A/D转换器的AGND和DGND引脚连接到模拟地，但是这种方法会导致数字信号去耦电容的地端是否应该连接到模拟地等问题或数字地面。

如何实现混合信号PCB的分区设计

如果系统只有一个A/D转换器，上述问题就可以轻松解决。 如图3所示，对地进行划分，在A/D转换器下方将模拟地和数字地连接在一起。 采用这种方法时，需要保证两个地之间的连接桥的宽度与IC的宽度相同，任何信号线都不能跨越分割间隙。

如果系统中有很多A/D转换器，例如10个A/D转换器如何连接？ 如果模拟地和数字地在每个A/D转换器下面连接在一起，就会产生多点连接，模拟地和数字地之间的隔离是没有意义的。 如果不以这种方式连接，则违反了制造商的要求。