layout中的power and ground handling

简介：
对于混合信号PCB的设计布局阶段而言，电源与地线的处理构成了一个核心内容。这些处理直接影响着整个电路系统的性能指标以及其电磁兼容特性。由于混合信号电路具有较高的复杂度，在进行布局规划时需要格外注重细节，以确保在实际应用中能够有效防止数字与模拟信号间的相互干扰，并保证整个电路系统能够平稳运行并满足电磁兼容性要求。掌握电磁兼容（EMC）的核心理念对于电源回路及接地系统的规划具有至关重要的意义。其指导原则包括尽量缩减电流路径所占据的空间，同时确保整体仅使用单一基准平面。通过减小电流路径所占据的空间不仅能够显著降低电磁辐射强度以及地感应水平，而且能有效防止偶极式天线的形成。这是因为后者与其两端电荷分布的距离呈正比关系，而环形结构的设计则会使得辐射强度与其所围区域面积、工作电流幅度及频率平方之间的关系更加紧密。在具体实施过程中，必须充分考虑电流如何通过最短且低阻抗的路径流向电源端点。在PCB结构中，采用电源地层平面进行信号布局能够有效促进电流回流。其中，在信号线位于电源或地平面的下方时，可以直接形成电流回路以稳定信号传输。然而，在设计过程中还需注意避免将信号线跨越分割间隙进行布线，否则会增加电磁辐射和信号串扰的风险。通常认为应将数字地与模拟地进行分离以实现二者间的去耦。然而，在布线过程中可能会遇到一些挑战，例如电磁辐射和信号串扰可能急剧上升等问题特别是在跨越分割间隙时需要格外谨慎。最佳做法是在AD转换器下方同时将数字地与模拟地进行连接并确保信号线不跨越分割间隙同时保持两个地之间的连接桥宽度与集成电路上的线条宽度相匹配以避免干扰。在混合信号PCB设计过程中，需要特别注意避免设置数字信号线位于模拟部分之上或模拟信号线位于数字部分之上的任何情况。此外，采用统一方案通常被认为比分割策略更为有效，其优势在于通过减小电流回路面积来有效降低电磁干扰（EMC）。 在高频带宽区（如CPU、以太网和SCSI等）应用20H规则时，可以进一步提升电磁兼容性。具体而言，在存在分区的情况下，需要确保分区边界处两部分之间的距离不小于信号线宽度的二十倍，从而保证足够的隔离效果。同时，在区域分界面处，也需遵循20H规则以确保隔离或滤波措施的有效实施。该规则有助于减少高频信号引起的辐射和干扰问题。此外，在进行PCB布局时需考虑参考平面钻孔的问题，因为不当的钻孔可能会导致信号环路面积增大。同样地，连接器上的隔离盘设计也需要注意，不合理的隔离盘同样会增加信号环路面积。在连接模拟地与数字地时，可采用隔离变压器、光耦合器或一桥连接方式。当采用桥接方式时，所有信号线和电源端子需满足要求通过桥区，并同时需要确保在后续实验阶段，可通过0欧电阻或跳线轻松实现分割地间的衔接，以便测试电路板的功能特性及电磁兼容性能指标，进一步对比分析统一地与分割地方案的适用性差异。对于混合信号PCB布局设计而言，正确处理电源和地是实现良好布局的关键。主要采取的措施包括遵循电磁兼容原则、进行合理的电路分区以及建立模拟地与数字地之间的有效连接，并应用20H规则作为指导原则。这些方法将有助于提升整体性能并减少潜在的电磁干扰问题。