关于数模混合PCB设计，知道这些让你事半功倍

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基本概念  


01  
模拟信号与数字信号在抗干扰能力方面的重要区别：数字信号电平有较强的抗干扰能力，而模拟信号的抗干扰能力很差。 　　

从系统的观点来看，数字信号一般只在板上或框内传送。比如内存总线信号、电源控制信号等，只要保证从发送端到接收端接收到的干扰不足以影响逻辑状态的判别即可。而模拟信号需要经过调制、变频、放大、发射、空间传播、接收、解调等一系列过程才能被回复。   

在此过程之中噪声不断地跌价到信号上，从系统的角度来讲必须保证最终的信噪比满足要求才能正确解调。最大的干扰来自空间传播的衰减和噪声，为了达到更好的通讯性能，必须尽可能减小板内互连引入的串扰。 　　

因此可以认为，模拟信号对串扰的要求比数字信号高几十倍，甚至有可能达到几万倍。  

02  
高精度ADC、DAC电路。 　　
理想情况下，线性ADC、DAC电路信噪比与转换位数间的关系是：  　

对于14位的线性ADC、DAC，如果使最低位数据(LSB)有效，可计算出的理论上的信噪比为86dBc，与数字电路约20dBc的串扰要求相比，高精度14位线性ADC、DAC对噪声的要求至少比数字信号高1000倍。当然，如果最低有效位数只需要11 位，串扰要求就可以适当放低，但仍然比数字信号的要求高很多。   　　

上面的两种情况，说明数模混合单板中，模拟电路极易受到干扰，会影响信噪比等指标。所以在数模混合单板PCB设计过程中，要对布局布线提出很高的要求。  　　

电路种类区分 　　
在讲解数模混合设计布局规则之前，现对终端板上的干扰源、敏感电路做以及干扰途径一个区分，了解这些干扰源和敏感电路能够帮助我们正确制定布局和布线方案，另外对干扰途径的理解至关重要。  

1模拟电路 　　
对于终端产品，模拟电路包括所有射频电路、射频电源、射频控制电路、数模转换电路、音频电路。所用以上模拟电路都是敏感电路，其中特别需要关注的敏感电路包括频终电路（包括本振信号、频综电路的电源以及控制信号）、接收前端电路、音频电路。  

2干扰源 　　
干扰源包括所有数字电路、大功率射频电路（功放、天线和其他大功率射频电路）。其中特别需要关注的干扰源包括时钟电路、开关电源、大电流的电源线、功放电路、天线电路。对于功放、天线等射频信号的干扰在本规范射频设计部分分析。  

3干扰途径 　　
对于数模混合设计需要关注的干扰途径包括：空间辐射、电源地（平面或走线）、数模转换电路、模拟电路的各种控制信号。  

（1）空间辐射：相互靠近的电路之间会通过辐射产生串扰，这与数字信号串扰的概念是相同的，但需要注意的是，模拟信号能够容忍的串扰要远远小于数字信号，因此有必要在布局阶段就对串扰进行控制。减小空间辐射的方式一般是拉远布局的距离合使用屏蔽盒。  

（2）电源地：电源地是数字与模拟电路公共的回路，因此干扰干扰信号可能通过电源地导体传导到敏感电路。控制电源地串扰的方式是合理使用滤波器件和电源地分割。

（3）数模转换电路：是模拟于数字信号的接口，如果布局或布线处理不当，比如数字与模拟电路布局分区不明确、走线交错，就可能引起串扰。  

（4）模拟控制信号：理想的模拟器件应该是控制信号与模拟电路在器件内部是隔离的，控制信号只要能保证正确的逻辑电平即可。但器件往往做不到这一点，控制信号上的干扰号可能直接耦合到模拟电路中。解决方式是尽量降低模拟电路控制信号受到的干扰，合理使用滤波器件。 　　

布局规则 　　
规则 1：模拟器件布局在模拟区。 　　
规则 2：数字器件布局在数字区。 　　
规则 3：数模混合芯片作为模拟器件处理，布在模拟区域，但数字接口需要靠近对应的数字器件布局。 　　
规则 4：以下电路尽可能使用屏蔽盒进行保护。  
（1）接收前端电路，包括天线到接受芯片之间的滤波器、LNA、阻抗匹配电路等。  
（2）频率源电路：VCO、锁相环芯片、环路滤波器、晶振等电路。  
（3）功放电路。在布局时尽可能是不同的电路有独立的供电路径。 　　
规则 5：在电源进入模拟区之前放置滤波电容。 　　
规则 6：数字电源与模拟电源从不同的方向进行供电。 　　
规则 7：同一方向供电路径采用从大信号到小信号的路径进行供电。   　　
如图所示：从大到小的供电路径可以减小大信号的回路对小信号电路的干扰。 　　
规则 8：对于功放电源走线应尽可能短，减小线路压降。 　　
较早期的手机电池连接器一般设计在手机板中部，上面为射频电路，下面为数字电路，如图所示：   　　
这样布局的好处在于射频与数字部分供电路径独立，攻放的供电路径短。 　　
规则 9：电源模块在布局和布线时，根据功耗情况，预留散热铜皮区域。 　　
规则 10：布局是为重要的管脚预留接地过孔的空间。   　　
射频器件的接地管脚需要就近接地，并且需要连接到射频信号的参考层，比如如果对第二层进行了挖空处理，那么接地管脚就必须就近连接到第三层。  
规则 11：滤波电容靠近性电源模块的管脚，高频滤波电容更靠近管脚。