在电子电路设计中，混合 PCB 布局是一项至关重要且极具挑战性的工作。合理的布局能够确保电路的性能稳定、减少干扰，反之则可能导致各种问题。下面为大家详细介绍 9 种混合 PCB 布局技巧，帮助大家更好地应对布局挑战。
元器件放置
在进行元器件放置时，要严格遵循原理图的信号路径，同时为走线预留足够的空间。具体的放置规则如下：
电源部分应紧凑地放置在一起，并通过适当的去耦来保证电源完整性。这是因为电源的稳定性对于整个电路的正常运行至关重要。
去耦电容应尽可能靠近各个器件放置，这样可以有效减少电源噪声对器件的影响。
连接器应放置在板的边缘，方便与外部设备进行连接。
遵循高频组件的原理图流程，以确保高频信号的传输质量。
大型存储设备和处理器（例如时钟发生器和控制器）应放置在电路板的中心，这样有利于散热和信号的稳定传输。
模拟和数字模块分离
为了限度地减少模拟和数字信号的公共返回路径，必须将模拟和数字模块分开，防止模拟信号与数字信号相互干扰。在划分模拟部分和数字部分时，需要注意以下几点：
建议在模拟平面安装精密的模拟元件，例如放大器和基准电压源。另一侧的数字平面则用于放置噪声数字组件，例如逻辑控制和定时块。
系统中的模数转换器 (ADC) 或数模转换器 (DAC) 是混合信号且具有低数字电流，其处理方式与模拟组件在模拟系统中的处理方式类似。
对于具有大量高电流 ADC 和 DAC 的设计，建议将模拟电源和数字电源分开。即 DVDD 连接到数字部分，而 AVCC 连接到模拟部分。
微处理器和微控制器产生的空间和热量可能很大。为了改善散热，这些组件必须放置在电路板的中心，并且靠近它们要连接的电路块。
跟踪路由
将所有组件正确放置在位置并建立适当的接地平面后，大多数路线自然会遵循正确的路径。但在跟踪路由时，还应牢记以下准则：
信号路径应尽可能直接且短，以减少信号传输过程中的衰减和干扰。
具有高速信号路径的层应有一个与其相邻的接地层，以确保正确的返回信号。
高速电路特别敏感，需要严格遵循原理图中布置的信号路径。
通过使用短、直接和宽的走线来减少电源布线中的电感。
在布线走线和过孔时不要创建天线，以免产生电磁干扰。
电源布线应该短、紧凑并且有宽走线，以降低电源的阻抗。
布线需要保持数字和模拟电路元件之间的隔离，避免相互干扰。
接地很重要，特别是对于连接数字和模拟分区区域的走线。
电源模块
电源是电路的重要组成部分，需要小心处理。一般来说，电源模块必须靠近其供电的组件，同时与电路的其余部分隔离。当复杂系统中的设备具有许多电源引脚时，可以为模拟和数字部分使用专用电源模块，以防止噪声数字干扰。为了减少电感并防止电流限制，电源线应短而直，并使用宽走线。
解耦
为了满足系统所需的性能，工程师必须考虑电源抑制比 (PSRR)。设备的性能终由 PSRR 决定，PSRR 评估设备对电源变化的敏感度。为了保持理想的 PSRR，需要防止高频能量进入器件。为此，可以使用电解电容和陶瓷电容的组合，有效地将器件电源与高阻抗接地层隔离。以下是一些通用解耦方法：
低电感陶瓷电容用于降低高频噪声，而电解电容则通过充当瞬态电流的电荷库来降低电源上的低频噪声。此外，铁氧体磁珠是可选的，但可以增强高频噪声的隔离和去耦。
去耦电容需要尽可能靠近器件的电源引脚放置。为了减少额外的串联电感，应使用过孔或短线将这些电容连接到低阻抗接地层的大部分。
器件的电源引脚应尽可能靠近器件。应使用较小的电容（通常为 0.01F 至 0.1F），这种配置避免了当多个输出同时切换时设备以不稳定的方式运行。电解电容与设备电源引脚之间的距离不应超过一英寸（平均 10F 至 100F）。
可以使用靠近器件 GND 引脚的过孔将去耦电容 T 形连接到接地层，以简化结构而不是构建走线。
PCB 分层
在 PCB 布线之前，要充分考虑好 PCB 的叠层，否则会影响系统设计允许的返回路径。高性能数据收集系统通常应包含四层或更多层。辅助信号通常用在底层，而数字 / 模拟信号通常用在顶层。通过充当阻抗控制信号的参考层，第二层（也称为接地层）可降低 IR 压降并保护顶层的数字信号。电源层位于第三层。由于它们提供了额外的层间电容，电源层和接地层必须彼此靠近，以便电源在高频下解耦。
PCB 铜电阻
铜的电阻在混合信号 PCB 布局中也起着重要作用，铜走线可以形成良好的互连和接地层。大多数 PCB 使用 1 oz 铜，但高功率部分可能使用 2 或 3 oz 铜。25℃时铜的电阻率为 1.724X10 -6 Ω/cm。常见的 1 盎司铜箔厚度为 0.036 mm（0.0014 in），电阻为 0.48 mΩ/ 平方。例如，PCB 上常用的 0.25 mm（10 mil）宽走线的电阻 / 长度约为 19 mΩ/cm（48 mΩin）。PCB 走线电阻可能是混合信号 IC 的误差源。在处理低阻抗精密电路时，铜的电阻对于成功的设计至关重要。
接地
单接地层
对于具有单个低数字电流 ADC 或 DAC 的混合信号系统，使用单个实心接地层。为了理解单个接地层的重要性，需要分析返回电流。整个 PCB 布局中必须遵循每个返回路径，以避免混合信号干扰。当返回电流返回接地层中的源时，该返回电流将采用电阻的路径。对于低频传输，返回电流将跟随电阻的路线（通常是设备接地参考之间的直线）；而对于更高频率的传输，一部分返回电流将尝试沿着信号通道返回，因为沿该通道的输出和返回电流之间产生的阻抗较低且环路较小。
独立的模拟地和数字地
另一种典型的策略是将接地层分为两半：模拟接地层和数字接地层。这适用于具有大量混合信号组件和高数字电流要求的更复杂的系统。消除接地层断裂并允许返回电流采取更直接的路径，通过星形接地结流回，是为具有单独接地层的系统实现整体接地的简单方法。在混合信号布局中，模拟和数字接地层的交叉点称为星形接地。星形接地可以连接到常见系统中模拟和数字接地层之间的典型薄连续连接。对于更复杂的系统，通常通过将跳线分流到接地连接来执行星形接地。由于星形接地没有电流，因此不需要高载流接头和跳线分流器。星形接地的主要功能是保证两个接地的参考电平相同。另一方面，由于星形接地还在一个位置连接两个接地，因此具有 AGND 和 DGND 引脚的混合信号器件可以连接到各自的接地层。这将精密的模拟电路与高噪声数字电流分开，这些电流通过数字电源，一直到达数字接地层，然后返回数字电源。多层 PCB 必须实现 AGND 和 DGND 平面的完全隔离。
电磁干扰屏蔽
在解决了接地反弹、串扰、电源噪声和其他干扰之后，电路仍可能遭受电磁干扰或 EMI。这可能会导致各种问题，例如无线通信的干扰、通讯中断、传感器数据损坏、部件故障、软件错误和故障等。处理 EMI 的有效方法之一是使用足够量的金属屏蔽。优选地，屏蔽应形成法拉第笼，从所有六个侧面和接地层覆盖电路。尽管使用屏蔽可以阻止大部分传入的 EMI，但还必须解决热冷却问题，并允许信号输入和输出。
掌握这 9 种混合 PCB 布局技巧，能够帮助工程师在实际设计中更好地应对各种布局挑战，提高电路的性能和稳定性。
