高速数模混合电路信号完整性分析与PCB设计

摘 要随着科技持续发展，各种电子产品不断涌现，逐渐走上“高集成度、高可靠性”等道路。在电路板发展中，高速数模混合电路成为新的发展趋势，被广泛应用到不同领域、行业中。由于高速数模混合PCB不同于传统的PCB，需要灵活运用新的方法来合理设计PCB，确保高速数模混合电路的稳定运行，其信号具有其完整性，更好地发挥自身的作用。

【关键词】高速数模 混合电路 信号完整性 PCB设计

在电子系统时钟频率逐渐提高的过程中，电路信号完整性问题不断显现，比如，出现错误的时序，传输线的反射不正确，严重影响电路系统的正常运行，而PCB上的各线路会更加紧凑，出现串扰噪声，信号传输效果较差。对于高速数模混合电路来说，需要结合线路运行的实际情况，合理设计PCB，解决电路信号的完整性问题，不断提高信号传输的质量，为不同行业、领域发展提供重要的信息资源，促进其发展。

1 高速数模混合电路信号的完整性

信号完整性就是在信号线上，信号的质量。想要保证信号的完整性，必须满足一定的要求，要确保空间的完整性，能够满足电路相关的要求，比如，最大输入的低电平要求。还要确保时间上的完整性，要能够有效维护电路的最小维持时间等。

1.1 电路信号完整性的影响因素

就信号完整性而言，受到多种因素的影响。一是：延迟。就信号而言，其传输要借助PCB板的导线，在传输过程中，会出现传输延迟现象。一旦传输的信号延迟，电路系统时序将会受到影响，进而影响信号的完整性。就传输延迟来说，会受制于导线的长度、周围介质的介质常数。二是：反射、串扰噪声。在电路系统运行中，如果信号线网出现过孔、弯曲等问题，将会产生反射噪声。如果电路信号网、电源分布系统等之间出现电磁耦合，将会产生串扰噪声，都会干扰信号，影响信号的传输。

1.2 电路信号完整性需要解决的问题

1.2.1 电源分布

在设计高速数模混合电路板过程中，要全方位分析电源分布网络。它要为低噪声的电路板电路提供必要的电源，但属于低噪声，VCC、接地等都需要包括内。还要在提供对应的信号回路，电路板上产生、接收的信号便是其主要对象。

1.2.2 串扰问题，运用电磁兼容性。

所谓的串扰是指在电路运行过程中，存在于线迹之间多余的信号耦合，属于电容、电感性质。电容性的串扰就是信号线路的电容耦合，一旦不同线路相互靠近，就会发生串扰问题。而电感串扰是线路中多余变压器线圈间的信号耦合，在电流环路作用下，出现串扰问题。借助电磁兼容性，使各种电气装置、电气系统能够同时在电磁环境下存在，不会被电磁环境影响，也不会影响周围环境。从某种角度来说，在电磁兼容性作用下，电路系统信号不会受到周围环境的影响，已有的性能、功能也不会被损坏，导致周围环境中的电磁能量过多，影响电路周围设备的正常运作，避免电路故障的频繁发生，处于有序运行中。

2 高速数模混合电路PCB设计

在全面了解电磁兼容的基础上，要遵循这些方面的原则。在设计PCB的时候，需要尽可能减少电流环路已有的面积，确保电路信号能够顺利通过，避免出现大型的环状天线。同时，在设计的时候，不能采用多个参考面，避免形成偶极天线，影响信号的传输。

2.1 布局布线方面

在布局元器件的时候，要分开放置模拟与数字电路部分，以数字信号为例，要在数字电路区间内部进行布线。在返回电路的时候，数字信号才不会进入模拟信号区间，干扰其中的模拟信号，影响信号的正常传输。如果线路具有较高频率，需要进行手工布线。在此基础上，要注意输入、输出连接器所处的位置，处理好模拟电路、数字电路的布线，避免相互影响。要采用低阻抗的电源以及地网络，避免数字电路导线受到较大的感抗，避免模拟线路出现电容耦合现象。此外，如果数字电路的频率较高，而模拟线路有具有较强的敏感度，相互之间必须保持一定的距离。

2.2 处理电源和接地线

在设计过程中，要合理布局接地线，进行必要的处理，提高电路性能。在优化设计高速数模混合电路的时候，需要全方位了解电路回流到地面的方法。如果需要分割地线层，还要经过其中的间隙布线，需要采用单点连接的方法，连接被分割地，构建连接桥梁。在优化利用连接桥布线的基础上，使每个信号线下方都有直接的电流回流路径。当然，也可以借助光隔离器件等，跨领域分割信号间隙。在设计电路PCB的时候，还需要综合应用数字与模拟电路，注重电路信号布线，有效解决设计中遇到的实际问题，比如，布局布线问题，避免分割地带产生相关问题。需要全面分析高速数模混合电路板的测试结果，优化设计方案，灵活应用电磁兼容性，合理设计PCB。此外，就混合信号PCB板而言，必须有独立的数字、模拟电源，借助分割电源面，控制好电源平面，必须小于相邻的地平面，避免出现耦合效应。

2.3 处理混合器件

通常情况下，混合器件都有晶振等，而在器件内部，也是由数字电路、模拟电路相互组成。在设计过程中，需要把DGND、AGND的引脚连接到相同的低阻抗上面，要尽可能缩短引线，确保所有的DGND都能顺利通过。尽管转换器内部的数字电流会进入到模拟的地平面中，但并不会对其中的信号产生较大的干扰，能够确保信号信息的正常传输。在此基础上，数字与模拟电路引脚也需要连接到模拟的电源平面中，并靠近相关的旁路电容，还可以采用跨接电感的方法隔离线路。

3 结语

总而言之，在电路板发展过程中，要把高速数模混合电路放在核心位置，优化PCB设计，确保电路信号的完整性，能够在不同线路中有序传输，信号不会被电磁干扰，确保信息数据的准确。在设计的时候，要特别注意电磁兼容问题，突破设计难点，避免电路板扰。以此，避免电路故障的频繁发生，线路设备具有其电磁兼容性，使其处于安全、稳定运行中，使电路板更好地投入到使用中，具有较好的效益。

参考文献

[1]郭锐.数模混合电路的PCB抗干扰设计[J].机电信息，2015，18：146-147.

[2]李小荣.高速数模混合电路信号完整性分析与PCB设计[D].杭州电子科技大学，2010.

[3]黄菁，杜田.基于信号完整性分析的高速电路设计[J].仪表技术，2012，06：16-19.

[4]闫静纯，李涛，苏浩航.高速高密度PCB电源完整性分析[J].电子器件，2012，03：296-299.

作者单位

河北诺亚人力资源开发有限公司 河北省石家庄市 050081