反映行业趋势的是，工程领域的数字设计师和数字电路板设计专家的数量正在下降。 尽管对数字设计的重视已经带来了电子学的重大发展，但现在和将来仍然会有一些带有模拟或现实世界插座的电路设计。 模拟域和数字域的布局策略有一些相似之处，但要获得更好的结果，由于布局策略的差异，简单的电路布局设计不再是最优的。
本文讨论了模拟和数字布局在旁路电容、电源、接地设计、电压偏差和 PCB 布局引起的电磁干扰 (EMI) 方面的基本异同。
01 模拟和数字布线策略的相似之处
旁路或去耦电容
布线时无论是模拟元件还是数字元件都需要这种电容，并且需要在其电源引脚附近连接一个电容，这个电容的值一般为0.1uF。 系统的电源侧还需要另一种电容，这种电容的值通常在10uF左右。
该电容器的位置如图 1 所示。电容器值的范围是推荐值的 1/10 到 10 倍。 但引脚一定要短，尽量靠近元器件（0.1uF电容）或电源（10uF电容）。
图1
在电路板上添加旁路或去耦电容器，以及在电路板上放置此类电容器的位置，对于数字和模拟设计都是常识。 有趣的是，造成这种情况的原因各不相同。
在模拟布线设计中，旁路电容一般用于旁路电源上的高频信号。 如果不加旁路电容，这样的高频信号可能会通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。 一般来说，这种高频信号的频率超过了模拟元件对高频信号的抑制能力。 模拟电路中如果不使用旁路电容，可能会在信号通路中引入噪声，严重时甚至会引起振动。
在模拟和数字 PCB 设计中，旁路或去耦电容器 (0.1uF) 应放置在尽可能靠近组件的位置。 电源去耦电容（10uF）应放置在板子的电源线入口处。 在所有情况下，此类电容器的引线都应较短。
图 2
在图2所示的电路板上，电源线和相线采用不同的走线方式走线。 由于这些不合适的配合，电路板的电子元件和线路更容易受到电磁干扰。
图 3
在图 3 所示的单面板中，电路板上组件的电源线和相线彼此靠近。 该电路板中电源线和相线的匹配比例如图2所示是合适的。电路板中的电子元件和线路更容易受到电磁干扰（EMI）679/ 12.8 或约 54 倍。
对于控制器和处理器等数字组件，也需要去耦电容器，但原因不同。 该电容器的一个功能是用作“微型”电荷储存器。
在数字电路中，通常需要很大的电压来进行栅极状态的切换。 因为开关瞬态在芯片上产生并在开关时流过电路板，所以有额外的“备用”电荷是有利的。 如果在进行开关动作时没有足够的电荷，就会引起供电电流的较大变化。 电流变化太大会导致数字信号电平进入不确定状态，并可能导致数字设备中状态机的错误操作。
流经电路板走线的开关电压会引起电流变化。 电路板走线有寄生电感。 下面的公式可以用来估算电流的变化：V=LdI/dt。 其中：V=电流变化，L=电路板走线电感，dI=流过走线的电压变化，dt=电压变化时间。
因此，出于多种原因，在电源或有源元件的电源引脚处应用旁路（或去耦）电容器是一种很好的做法。
电源线和相线应走在一起
电源线和相线的位置协调良好，以减少电磁干扰的可能性。 如果电源线和相线没有匹配好，会设计一个系统支路，可能会产生噪声。
电源线和相线不匹配的PCB设计示例如图2所示。在该电路板上，设计的支路面积为697cm²。 采用图 3 所示的方法，电路板上或电路板外的辐射噪声在分支电路中感应电流的可能性大大降低。
02 模拟域和数字域布线策略的区别
地平面是一个两难选择
电路板布局的基础知识适用于模拟和数字电路。 一个基本的经验法则是使用不间断的接地层，这种常识会增加数字电路中的 dI/dt（随时间变化的电压）效应电流与电压成什么比，这种效应会改变地电位并将噪声引入模拟电路。
数字电路和模拟电路的接线方法基本相同，只有一个例外。 对于模拟电路，还有一点需要注意电流与电压成什么比，就是数字信号线和地平面中的环路尽量远离模拟电路。 这可以通过将模拟接地层单独连接到系统接地连接，或将模拟电路放置在电路板的最远端，走线的末端来实现。 这样做是为了将对信号路径的外部干扰降至最低。
这对于数字电路来说不是必需的，它可以毫无问题地容忍地平面上的大量噪声。
图 4
图 4（左）将数字开关动作与模拟电路隔离开来，将电路的数字部分和模拟部分分开。 （右）高频和低频尽量分开，高频器件要靠近电路板的连接器。
图 5
图5在PCB上布置了两条靠近的走线，很容易产生寄生电容。 由于存在这些电容，一条迹线上的快速电流变化会在另一条迹线上产生电压信号。
图 6
图6 如果不注意走线的放置，PCB中的走线可能会形成线感和互感。 这些寄生电感对包括数字开关电路在内的电路的操作非常不利。
设备位置
如上所述，在每个 PCB 设计中，电路的噪声部分与“安静”（无噪声）部分分开。 一般来说，数字电路“富含”噪声，但对噪声不敏感（由于数字电路的大电流噪声容限）； 相反，模拟电路对电流噪声的容忍度要低得多。
在这两者中，模拟电路对开关噪声最为敏感。 在混合信号系统的布局中，这两个电路应该分开，如图4所示。
PCB设计形成的寄生器件
有两种基本的寄生器件很容易在 PCB 设计中产生问题：寄生电容和寄生电感。
设计电路板时，将两条走线彼此靠近放置会产生寄生电容。 您可以这样做：在两个不同的层上，将一个轨迹放在另一个之上； 或者在同一层上，一条走线与另一条走线相对放置，如图 5 所示。
在两种走线配置中，一条走线上的电流 (dV/dt) 随时间变化会在另一条走线上产生电压。 如果另一条迹线是高阻抗，则电场产生的电压将转换为电流。
快速电流瞬变最常发生在模拟信号设计的数字端。 如果发生快速电流瞬变的迹线非常靠近高阻抗模拟迹线，这些偏差会严重影响模拟电路的精度。 在这些环境中，模拟电路有两个缺点：它们的噪声容限远低于数字电路，并且高阻抗走线更为常见。
使用以下两种技术之一可以减轻这些现象。 最常见的技术是根据电容方程改变迹线之间的规格。 要更改的最有效规范是两条走线之间的距离。 需要注意的是，变量d在电容多项式的分母中，随着d减小，容抗增大。 另一个可以改变的变量是两条走线的宽度。 在这些情况下，随着宽度 L 的增加，两条走线之间的容抗也会增加。
另一种技术是在这两条走线之间铺设相线。 相线是低阻抗的，添加这样一条额外的迹线将抑制产生干扰的电场，如图 5 所示。
电路板中寄生电感的原理与寄生电容相似。 也是铺设两条痕迹。 在两个不同的图层上，将一条轨迹放在另一条上方； 或者在同一层上，将一条迹线放在另一条迹线的另一侧，如图 6 所示。
在两种走线配置中，一条走线上的电压随时间变化 (dI/dt)，由于该走线的感抗，将在同一走线上形成电流； 并且由于互感，会在另一条迹线上产生成比例的列电压。 如果第一条迹线上的电流变化足够大，则毛刺可能会增加数字电路的电流容差并导致偏移。 这种现象不仅发生在数字电路中，而且由于数字电路中的瞬时开关电压很大，所以这些现象在数字电路中也比较常见。
要消除来自 EMI 源的潜在噪声，最好将“安静”的模拟线路和嘈杂的 I/O 端口分开。 为尽量实现低阻抗电源和接地网络，应尽量减少数字电路导线的感抗，并应尽量减少模拟电路的电容耦合。
03结语
确定数字和模拟范围后，仔细的布局对于成功的 PCB 至关重要。 布局策略通常作为经验法则呈现给您，因为很难在实验室环境中测试产品的最终成功。 因此，虽然数字和模拟电路的布线策略有相似之处，但必须认识到并认真对待布线策略的差异。