为什么在PCB设计中，模拟电路和数字电路区别那么大？

xiaocaihong

工程领域中的数字设计人员和数字电路板设计专家在不断增加，这反映了行业的发展趋势。尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大发展，但仍然存在，而且还会一直存在一部分与模拟或现实环境接口的电路设计。模拟和数字领域的布线策略有一些类似之处，但要获得更好的结果时，由于其布线策略不同，简单电路布线设计就不再是最优方案了。

本文就旁路电容 、电源、地线设计、电压误差和由PCB 布线引起的电磁干扰（EMI ）等几个方面，讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别。

在布线时，模拟器件和数字器件都需要这些类型的电容，都需要靠近其电源引脚连接一个电容，此电容值通常为0.1uF。系统供电电源侧需要另一类电容，通常此电容值大约为10uF。这些电容的位置如图1所示。电容取值范围为推荐值的1/10至10倍之间。但引脚须较短，且要尽量靠近器件（对于0.1uF电容）或供电电源（对于10uF电容）。

在电路板上加旁路或去耦电容，以及这些电容在板上的位置，对于数字和模拟设计来说都属于常识。但有趣的是，其原因却有所不同。在模拟布线设计中，旁路电容通常用于旁路电源上的高频信号，如果不加旁路电容，这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。一般来说，这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的能力。如果在模拟电路中不使用旁路电容的话，就可能在信号路径上引入噪声，更严重的情况甚至会引起振动 。

图1 在模拟和数字PCB设计中，旁路或去耦电容（0.1uF）应尽量靠近器件放置。供电电源去耦电容（10uF）应放置在电路板的电源线入口处。所有情况下，这些电容的引脚都应较短。

图2 在此电路板上，使用不同的路线来布电源线和地线，由于这种不恰当的配合，电路板的电子元器件和线路受电磁干扰的可能性比较大。

图3 在此单面板中，到电路板上器件的电源线和地线彼此靠近。此电路板中电源线和地线的配合比图2中恰当。电路板中电子元器件和线路受电磁干扰（EMI）的可能性降低了679/12.8倍或约54倍。

对于控制器和处理器这样的数字器件，同样需要去耦电容，但原因不同。这些电容的一个功能是用作“微型”电荷库。在数字电路中，执行门状态的切换通常需要很大的电流 。由于开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板，有额外的“备用”电荷是有利的。

如果执行开关动作时没有足够的电荷，会造成电源电压发生很大变化。电压变化太大，会导致数字信号电平进入不确定状态，并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变化，电路板走线存在寄生电感 ，可采用如下公式计算电压的变化：V = LdI/dt。

其中，V = 电压的变化;L = 电路板走线感抗;dI = 流经走线的电流变化;dt =电流变化的时间。因此，基于多种原因，在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路（或去耦）电容是较好的做法。