混合信号系统的一些通用 PC 板布局指南
很显然,多关注系统布局并防止不同信号彼此干扰,可以将噪声降至最低。高电平模拟信号应与低电平模拟信号隔离开,两者均应远离数字信号。我们曾经在波形采样和重建系统中发现,采样时钟(数字信号)与模拟信号一样易受噪声影响,同时与数字信号一样易于产生噪声,因此必须与模拟和数字系统都隔离开。如果在时钟分配中使用时钟驱动器封装,应仅有一个频率时钟通过单个封装。在相同封装内的不同频率时钟间共享驱动器将产生过度抖动和串扰,并降低性能。
在敏感信号穿过的地方,接地层可发挥屏蔽作用。图中显示了数据采集电路板的良好布局,其中所有敏感区域彼此隔离开,且信号路径尽量短。虽然实际布局不太可能如此整洁,但基本原则仍然适用。
执行信号和电源连接时有许多要点需要考虑。首先,连接器是系统中所有信号传输线必须并行的几个位置之一,因此它们必须与接地引脚分开(形成法拉第屏蔽),以减少其间的耦合。
多接地引脚非常重要还有另一原因 :可以降低电路板与背板间结点的接地阻抗。对于新电路板,PCB 连接器单一引脚的接触电阻很低(10 mΩ 水平),随着电路板变旧,接触电阻可能升高,电路板性能会受影响。因此通过分配额外 PCB 连接器引脚来增加接地连接很有必要(PCB 连接器上所有引脚中约 30 至 40% 应为接地引脚)。出于同样的理由,每个电源连接应有数个引脚,当然数量不必像接地引脚一样多。
关于接地的几点忠言
没有单一一种接地方法能始终保证最佳性能!本节根据所考虑的特定混合信号器件特性提出了几种可能的选项。但在实施初始 PC 板布局时,提供尽可能多的选项会很有帮助。
- PC 板必须至少有一层专用于接地层!初始电路板布局应提供非重叠的模拟和数字接地层,如果需要,应在数个位置提供焊盘和过孔,以便安装背对背肖特基二极管或铁氧体磁珠。
- 提供焊盘和过孔也极为重要,需要时可以使用跳线将模拟和数字接地层连接在一起。目前,预测“多点”(单一接地层)还是“星型”接地(分离模拟和数字接地层)方法能提供最佳整体系统性能还很困难 ;因此,可能需要使用跳线对最终 PC 板做一些实验。
- 如有疑问,最好先分离模拟和数字接地层,以后再用跳线连接,而不要一开始就使用单一接地层,随后又尝试分离!