混合信號PCB板的布局和布線設計原則解析

模擬電路的工作依賴連續(xù)變化的電流和電壓。數(shù)字電路的工作依賴在接收端根據(jù)預先定義的電壓電平或門限對高電平或低電平的檢測，它相當于判斷邏輯狀態(tài)的 “真”或“假”。在數(shù)字電路的高電平和低電平之間，存在“灰色”區(qū)域，在此區(qū)域數(shù)字電路有時表現(xiàn)出模擬效應，例如當從低電平向高電平（狀態(tài)）跳變時，如果數(shù)字信號跳變的速度足夠快，則將產(chǎn)生過沖和回鈴反射現(xiàn)象。

對于現(xiàn)代板極設計來說，混合信號PCB的概念比較模糊，這是因為即使在純粹的“數(shù)字”器件中，仍然存在模擬電路和模擬效應。因此，在設計初期，為了可靠實現(xiàn)嚴格的時序分配，必須對模擬效應進行仿真。實際上，除了通信產(chǎn)品必須具備無故障持續(xù)工作數(shù)年的可靠性之外，大量生產(chǎn)的低成本/高性能消費類產(chǎn)品中特別需要對模擬效應進行仿真。

現(xiàn)代混合信號PCB設計的另一個難點是不同數(shù)字邏輯的器件越來越多，比如GTL、LVTTL、LVCMOS及LVDS邏輯，每種邏輯電路的邏輯門限和電壓擺幅都不同，但是，這些不同邏輯門限和電壓擺幅的電路必須共同設計在一塊PCB上。在此，通過透徹分析高密度、高性能、混合信號PCB的布局和布線設計，你可以掌握成功策略和技術。

一、混合信號電路布線基礎

當數(shù)字和模擬電路在同一塊板卡上共享相同的元件時，電路的布局及布線必須講究方法。只有揭示數(shù)字和模擬電路的特性，才能在實際布局和布線中達到要求的PCB設計目標。

在混合信號PCB設計中，對電源走線有特別的要求并且要求模擬噪聲和數(shù)字電路噪聲相互隔離以避免噪聲耦合，這樣一來布局和布線的復雜性就增加了。對電源傳輸線的特殊需求以及隔離模擬和數(shù)字電路之間噪聲耦合的要求，使混合信號PCB的布局和布線的復雜性進一步增加。

如果將A/D轉換器中模擬放大器的電源和A/D轉換器的數(shù)字電源接在一起，則很有可能造成模擬部分和數(shù)字部分電路的相互影響?；蛟S，由于輸入/輸出連接器位置的緣故，布局方案必須把數(shù)字和模擬電路的布線混合在一起。

在布局和布線之前，工程師要弄清楚布局和布線方案的基本弱點。即使存在虛假判斷，大部分工程師傾向利用布局和布線信息來識別潛在的電氣影響。

二、現(xiàn)代混合信號PCB的布局和布線

下面將通過OC48接口卡的設計來闡述混合信號PCB 布局和布線的技術。OC48代表光載波標準48，基本上面向2.5Gb串行光通訊，它是現(xiàn)代通訊設備中高容量光通訊標準的一種。OC48接口卡包含若干典型混合信號PCB的布局和布線問題，其布局和布線過程將指明解決混合信號PCB布局方案的順序和步驟。

OC48卡包含一個實現(xiàn)光信號和模擬電信號雙向轉換的光收發(fā)器。模擬信號輸入或輸出數(shù)字信號處理器，DSP將這些模擬信號轉換為數(shù)字邏輯電平，從而可與微處理器、可編程門陣列以及在OC48卡上的DSP和微處理器的系統(tǒng)接口電路相連接。獨立的鎖相環(huán)、電源濾波器和本地參考電壓源也集成在一起。

其中，微處理器是一個多電源器件，主電源為2V，3.3V的I/O信號電源由板上其他數(shù)字。