高速PCB设计指南 高速PCB设计指南之六 第一篇混合信号电路板的设计准则 模拟电路的工作依赖连续变化的电流和电压。数字电路的工作依赖在接收端根据预先定 义的电压电平或门限对高电平或低电平的检测,它相当于判断逻辑状态的“真”或“假”。在数 字电路的高电平和低电平之间,存在“灰色”区域,在此区域数字电路有时表现出模拟效应, 例如当从低电平向高电平(状态)跳变时,如果数字信号跳变的速度足够快,则将产生过冲和 回铃反射现象。 对于现代板极设计来说,混合信号PCB的概念比较模糊,这是因为即使在纯粹的“数字” 器件中,仍然存在模拟电路和模拟效应。因此,在设计初期,为了可靠实现严格的时序分配, 必须对模拟效应进行仿真。实际上,除了通信产品必须具备无故障持续工作数年的可靠性之 外,大量生产的低成本/高性能消费类产品中特别需要对模拟效应进行仿真 现代混合信号PCB设计的另一个难点是不同数字逻辑的器件越来越多,比如GTL、 LVTTL、 LVCMOS及LwDS逻辑,每种逻辑电路的逻辑门限和电压摆幅都不同,但是,这 些不同逻辑门限和电压摆幅的电路必须共同设计在一块PCB上。在此,通过透彻分析高密 度、高性能、混合信号PCB的布局和布线设计,你可以掌握成功策略和技术 混合信号电路布线基础 当数字和模拟电路在同一块板卡上共享相同的元件时,电路的布局及布线必须讲究方 法。图1所示的矩阵对混合信号PCB的设计规划有帮助。只有揭示数字和模拟电路的特性, 才能在实际布局和布线中达到要求的PCB设计目标 图1:模拟和数字电路:混合信号设计的两个方面 在混合信号PCB设计中,对电源走线有特别的要求并且要求模拟噪声和数字电路噪声 相互隔离以避免噪声耦合,这样一来布局和布线的复杂性就增加了。对电源传输线的特殊需 求以及隔离模拟和数字电路之间噪声耦合的要求,使混合信号PCB的布局和布线的复杂性 进一步增加 如果将AD转换器中模拟放大器的电源和AD转换器的数字电源接在一起,则很有可 能造成模拟部分和数字部分电路的相互影响。或许,由于输入/输出连接器位置的缘故,布 局方案必须把数字和模拟电路的布线混合在一起 在布局和布线之前,工程师要弄清楚布局和布线方案的基本弱点。即使存在虚假判断, 大部分工程师倾向利用布局和布线信息来识别潜在的电气影响。 、现代混合信号PCB的布局和布线 下面将通过OC48接口卡的设计来阐述混合信号PCB布局和布线的技术。OC48代表 光载波标准48,基本上面向25Gb串行光通讯,它是现代通讯设备中高容量光通讯标准的 一种。OC48接口卡包含若干典型混合信号PCB的布局和布线问题,其布局和布线过程将指 明解决混合信号PCB布局方案的顺序和步骤。 图2:OC48接口卡的逻辑 如图2所示,OC48卡包含一个实现光信号和模拟电信号双向转换的光收发器。模拟信 号输入或输出数字信号处理器,DSP将这些模拟信号转换为数字逻辑电平,从而可与微处高速 PCB 设计指南 - 1 - 高速 PCB 设计指南之六 第一篇 混合信号电路板的设计准则 模拟电路的工作依赖连续变化的电流和电压。数字电路的工作依赖在接收端根据预先定 义的电压电平或门限对高电平或低电平的检测，它相当于判断逻辑状态的“真”或“假”。在数 字电路的高电平和低电平之间，存在“灰色”区域，在此区域数字电路有时表现出模拟效应， 例如当从低电平向高电平(状态)跳变时，如果数字信号跳变的速度足够快，则将产生过冲和 回铃反射现象。 对于现代板极设计来说，混合信号 PCB 的概念比较模糊，这是因为即使在纯粹的“数字” 器件中，仍然存在模拟电路和模拟效应。因此，在设计初期，为了可靠实现严格的时序分配， 必须对模拟效应进行仿真。实际上，除了通信产品必须具备无故障持续工作数年的可靠性之 外，大量生产的低成本/高性能消费类产品中特别需要对模拟效应进行仿真。 现代混合信号 PCB 设计的另一个难点是不同数字逻辑的器件越来越多，比如 GTL、 LVTTL、LVCMOS 及 LVDS 逻辑，每种逻辑电路的逻辑门限和电压摆幅都不同，但是，这 些不同逻辑门限和电压摆幅的电路必须共同设计在一块 PCB 上。在此，通过透彻分析高密 度、高性能、混合信号 PCB 的布局和布线设计，你可以掌握成功策略和技术。 一、混合信号电路布线基础 当数字和模拟电路在同一块板卡上共享相同的元件时，电路的布局及布线必须讲究方 法。图 1 所示的矩阵对混合信号 PCB 的设计规划有帮助。只有揭示数字和模拟电路的特性， 才能在实际布局和布线中达到要求的 PCB 设计目标。 图 1：模拟和数字电路：混合信号设计的两个方面 在混合信号 PCB 设计中，对电源走线有特别的要求并且要求模拟噪声和数字电路噪声 相互隔离以避免噪声耦合，这样一来布局和布线的复杂性就增加了。对电源传输线的特殊需 求以及隔离模拟和数字电路之间噪声耦合的要求，使混合信号 PCB 的布局和布线的复杂性 进一步增加。 如果将 A/D 转换器中模拟放大器的电源和 A/D 转换器的数字电源接在一起，则很有可 能造成模拟部分和数字部分电路的相互影响。或许，由于输入/输出连接器位置的缘故，布 局方案必须把数字和模拟电路的布线混合在一起。 在布局和布线之前，工程师要弄清楚布局和布线方案的基本弱点。即使存在虚假判断， 大部分工程师倾向利用布局和布线信息来识别潜在的电气影响。 二、现代混合信号 PCB 的布局和布线 下面将通过 OC48 接口卡的设计来阐述混合信号 PCB 布局和布线的技术。OC48 代表 光载波标准 48，基本上面向 2.5Gb 串行光通讯，它是现代通讯设备中高容量光通讯标准的 一种。OC48 接口卡包含若干典型混合信号 PCB 的布局和布线问题，其布局和布线过程将指 明解决混合信号 PCB 布局方案的顺序和步骤。 图 2：OC48 接口卡的逻辑 如图 2 所示，OC48 卡包含一个实现光信号和模拟电信号双向转换的光收发器。模拟信 号输入或输出数字信号处理器，DSP 将这些模拟信号转换为数字逻辑电平，从而可与微处