混合信号电路PCB 的设计很难，零件的布局，布线以及电源和地线的处理将影响到电路性能和电磁相容性能。本文介绍的地和电源的分区设计能最佳化混合信号电路的性能。

　　如何降低数字信号和模拟信号的相互干扰呢?在设计之前必须了解电磁相容 (EMC) 的两个基本原则：第一个原则是尽可能降低电流回路的面积；第二个原则是系统只采取一个参考面。相反如果系统存在两个参考面，就有可能形成一个偶极天线 (注：小型偶极天线的辐射大小与线的长度，流过电流的大小的频率成正比)；而如果信号不能由尽可能小的环路返回，就有可能形成一个大的环状天线 (注：大型环状天线的辐射大小与环路面积，流过环路的电流大小及频率的平方成正比)。在设计中要尽可能避免这两种情况。

　　有人建议将混合信号电路板上的数字地和模拟地分开，这样能实现数字地与模拟地之间的隔离。尽管这种方法可行，但是存在很多潜在的问题，在复杂的大系统中问题尤其突出。一旦跨越分割间隙布线，电磁辐射和信号串扰会急剧增加。在PCB 设计中最常见的问题就是信号线跨越分割地或电源而产生EMI 问题。
　　
　　如 图1 所示，我们采用上述分割方法，而且信号线跨越了两地间的间隙，信号返回的路径是什么呢?假定被分割的两个地在某处连在一起(通常情况下是在某个位置单点连接)，在这种情况下，地电流将形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，如果流过环路的是低电平模拟电流，该电流很容易受到外部信号干扰。最糟糕的是当把分割地在电源处连接在一起时，将形成一个非常大的电流环路。另外，模拟地和数字地由一个长导线连接在一起会构成偶极天线。

　　了解电流回流到地的路径和方式是最佳化混合信号电路板设计的关键。许多设计工程师仅仅考虑信号流从何处流过，而忽略了电流的具体的路径。如果必须对地线层进行分割，而且必须由分割之间的间隙布线，可以先在被分割的地之间进行单点连接，形成两个地之间的连接桥，然后由该连接桥布线。这样，在每一个信号线的下方都能够提供一个直接的电流回流路径，从而使形成的环路面积很小。

　　采用光隔离元件或变压器也能实现信号跨越分割间隙。对于前者，跨越分割间隙的是光信号；在采用变压器的情况下，跨越分割间隙的是磁场。还有一种可行的方法是采用差分信号：信号从一条线流入从另一条信号线返回，这种情况下，不需要地作为回流路径。

　　要深入探讨数字信号对模拟信号的干扰必须先了解高频电流的特性。高频电流总是选择阻抗最小(电感最低)，直接位于信号下方的路径，因此返回电流会流过邻近的电路层，而无论这个邻近层是电源层还是地线层。

　　在实际工作中一般使用统一地，而将PCB 分区为模拟信号部分和数字信号部分。模拟信号在电路板所有层的模拟区内布线，而数字信号在数字电路区内布线。在这种情况下，数字信号返回电流不会流入到模拟信号的地方。只有将数字信号布在电路板的模拟信号部分或者将模拟信号布线在数字信号部分上时，才会出现数字信号对模拟信号的干扰。出现这种问题并不是因为没有分割地，真正的原因是数字信号的布线不适当。

　　PCB 设计采用统一地，由数字电路和模拟电路分区以及合适的信号布线，通常可以解决一些比较困难的布局布线问题，同时也不会产生因地分割带来的一些潜在的麻烦。在这种情况下，零件的布局的分区就成为决定设计优劣的关键。如果零件布局布线合理，数字地电流将限制在电路板的数字部分，不会干扰模拟信号。对于这样的布线必须仔细检查和核对，要保证百分之百遵守布线规则。否则，一条信号线走线不当就会破坏一个设计优良的电路板。

数字器件正朝着高速、低耗、小体积、高抗干扰性的方向发展,这一发展趋势对印刷电路板的设计提出了很多新要求。

(1)高频电路往往集成度较高,布线密度大,采用多层板既是布线所必须的,也是降低干扰的有效手段。

合理选择层数能大幅度降低印板尺寸,能充分利用中间层来设置屏蔽,能更好地实现就近接地,能有效地降低寄生电感,能有效缩短信号的传输长度,能大幅度地降低信号间的交叉干扰等等,所有这些都对高频电路的可靠工作有利。有资料显示,同种材料时,四层板要比双面板的噪声低20dB。但是,板层数越高,制造工艺越复杂,成本越高.

(2)高速电路器件管脚间的引线弯折越少越好。高频电路布线的引线最好采用全直线,需要转折,可用45度折线或圆弧转折,这种要求在低频电路中仅仅用于提高铜箔的固着强度,而在高频电路中,满足这一要求却可以减少高频信号对外的发射和相互间的耦合。用Protel布线时可在以下两处预先设置,一是在“Options”菜单的“Track Mode”子菜单中预约以 45／90 Line或 90 Arc／Line方式布线,二是在“Auto”菜单的“Setup Autorouter…”项所打开的Routing Passes”对话框中选定“Add Arcs”,以便自动布线结束时使转角圆弧化.

(3)高频电路器件管脚间的引线越短越好。Protel满足布线最短化的最有效手段是在自动布线前对个别重点的高速网络进行“布线”预约。首先,打开“Netlst”菜单的“Edit Net”子菜单,会出现一个“Change Net”对话框,把此对话框中的“OptimizeMethod（布线优化模式）”选为“Shortest（最短化）”Rp可。其次,从整体考虑,元件布局时用“Auto”中Placement Tools－Shove’和“Auto”中的“Density(密度检查)”来对比调整,使元件排列紧凑,并配合“Netlist”菜单中的“Length”功能和“Info”菜单中的Lengthof selection”功能,对所选定的需最短化的重点网络进行布线长度测量.

(4)高频电路器件管脚间的引线层间交替越少越好。所谓“引线的层间交替越少越好”是指元件连接过程中所用的过孔（Via）越少越好,据测,一个过孔可带来约0.5 pF的分布电容,减少过孔数能显著提高速度。Protel软件专门提供了这一功能,它在 Auto菜单的Setup Autorouter…”项所打开的Routing Passes”对话框中,有一个“Advanced”栏目,把其中的“Smoothing”设为接通即可.

(5)高频电路布线要注意信号线近距离平行走线所引入的“交叉干扰”,若无法避免平行分布,可在平行信号线的反面布置大面积“地”来大幅度减少干扰。同一层内的平行走线几乎无法避免,但是在相邻的两个层,走线的方向务必取为相互垂直,这在Protel中不难办到但却容易忽视。在“Auto”菜单的“Setup Autorouter…项所打开的Routing Lagers对话框中允许对每一层的走线方向进行预定,供预选的方向有三种：“Horizontal、Vertical和 No Prefer－ence”,不少用户习惯选用“No Preference（无特定取向）”,认为这样布通率高,但是,在高频电路布线中最好在相邻层分别取水平和竖直布线交替进行。同一层内的平行走线无法避免,但可以在印板反面大面积敷设地线来降低干扰（这是针对常用的双面板而言,多层板可利用中间的电源层来实现这一功能）,Protel软件过去只提供了简单的“Fill”功能来应付这种需求,现在Windows下的Protel除此之外还在“Edit”菜单的“Place”选项中提供了更强大的放置“Polygon Plane”的功能,即：多边形栅格（条）铜箔面,如果在放置它时就把多边形取为整个印板的一个面,并把此栅格（条）与电路的GND网络连通,那么,该功能将能实现整块电路板的某一面的“铺铜”操作,经过“铺铜”的电路板除能提高刚才所讲的高频抗干扰能力外,还对散热、印板强度等有很大好处,另外,在电路板金属机箱上的固定处若加上镀锡栅条,不仅可以提高固定强度,保障接触良好,更可利用金属机箱构成合适的公共线。在软件菜单中打开此功能后可见到一个“Place Polygon Plane对话框,它会问你是否要把所放置的多边形栅格（条）与网络接通（connect net）,若接通该项,退出对话框时将提示你给出欲接通的网络名,给定接通GND网络将能起到屏蔽层的作用。同时还会问你“铺铜”的图案是用水平条（horizonta）、竖直条（vertica）还是栅格（两者都选即可）。选用栅格将会有较好的屏蔽效果,同时,栅格网的尺寸（习惯称作为“目”）确定依据所要重点屏蔽的干扰频率而定.

(6)对特别重要的信号线或局部单元实施地线包围的措施。该措施在Protel软件中也能自动实现,它就是“Edit”菜单的“Place”下的“Outline Select－ed Items”,即：绘制所选对象的外轮廓线。利用此功能,可以自动地对所选定的重要信号线进行所谓的“包地”处理,当然,把此功能用于时钟等单元局部进行包地处理对高速系统也将非常有益.

(7)各类信号走线不能形成环路,地线也不能形成电流环路。Protel自动布线的走线原则除了前面所讲的最短化原则外,还有基于X方向、基于Y方向和菊花状（daisy）走线方式,采用菊花状走线能有效避免布线时形成环路。具体可打开‘Netlist”菜单的“Edit Net”子菜单,出现一个“Change Net”对话框,把此对话框中的“Optimize Method（布线优化模式）”选为“Daisy Chain”即可

(8)每个集成电路块的附近应设置一个高频退耦电容。由于Protel软件在自动放置元件时并不考虑退耦电容与被退耦的集成电路间的位置关系,任由软件放置,使两者相距太远,退耦效果大打折扣,这时必须用手工移动元件（“ Edit”、“ Move”“component”）的办法事先干预两者位置,使之靠近.

(9)模拟地线、数字地线等接往公共地线时要用高频扼流环节。在实际装配高频扼流环节时用的往往是中心孔穿有导线的高频铁氧体磁珠,在电路原理图上对它一般不予表达,由此形成的网络表（netlist）就不包含这类元件,布线时就会因此而忽略它的存在。针对此现实,可在原理图中把它当作电感,在PCB元件库中单独为它定义一个元件封装,布线前把它手工移动到靠近公共地线汇合点的合适位置上 。

今天刚到这里注册，看到不少弟兄的帖子，感觉没有对PCB有一个系统的、合理的设计流程。就随便写点，请高手指教。
一般PCB基本设计流程如下：前期准备->PCB结构设计->PCB布局->布线->布线优化和丝印->网络和DRC检查和结构检查->制版。

第一：前期准备。这包括准备元件库和原理图。“工欲善其事，必先利其器”，要做出一块好的板子，除了要设计好原理之外，还要画得好。在进行PCB设计之前，首先要准备好原理图SCH的元件库和PCB的元件库。元件库可以用peotel 自带的库，但一般情况下很难找到合适的，最好是自己根据所选器件的标准尺寸资料自己做元件库。原则上先做PCB的元件库，再做SCH的元件库。PCB的元件库要求较高，它直接影响板子的安装；SCH的元件库要求相对比较松，只要注意定义好管脚属性和与PCB元件的对应关系就行。PS：注意标准库中的隐藏管脚。之后就是原理图的设计，做好后就准备开始做PCB设计了。 

第二：PCB结构设计。这一步根据已经确定的电路板尺寸和各项机械定位，在PCB 设计环境下绘制PCB板面，并按定位要求放置所需的接插件、按键/开关、螺丝孔、装配孔等等。并充分考虑和确定布线区域和非布线区域（如螺丝孔周围多大范围属于非布线区域）。
第三：PCB布局。布局说白了就是在板子上放器件。这时如果前面讲到的准备工作都做好的话，就可以在原理图上生成网络表（Design-> Create Netlist），之后在PCB图上导入网络表（Design->Load Nets）。就看见器件哗啦啦的全堆上去了，各管脚之间还有飞线提示连接。然后就可以对器件布局了。一般布局按如下原则进行：
  ①． 按电气性能合理分区，一般分为：数字电路区(即怕干扰、又产生干扰)、模拟电路区(怕干扰)、功率驱动区（干扰源）；
  ②． 完成同一功能的电路，应尽量靠近放置，并调整各元器件以保证连线最为简洁；同时，调整各功能块间的相对位置使功能块间的连线最简洁；
  ③． 对于质量大的元器件应考虑安装位置和安装强度；发热元件应与温度敏感元件分开放置，必要时还应考虑热对流措施；
  ④． I/O驱动器件尽量靠近印刷板的边、靠近引出接插件；
  ⑤． 时钟产生器（如：晶振或钟振）要尽量靠近用到该时钟的器件；
  ⑥． 在每个集成电路的电源输入脚和地之间，需加一个去耦电容（一般采用高频性能好的独石电容）；电路板空间较密时，也可在几个集成电路周围加一个钽电容。
  ⑦． 继电器线圈处要加放电二极管（1N4148即可）；
  ⑧． 布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉
  ——需要特别注意，在放置元器件时，一定要考虑元器件的实际尺寸大小（所占面积和高度）、元器件之间的相对位置，以保证电路板的电气性能和生产安装的可行性和便利性同时，应该在保证上面原则能够体现的前提下，适当修改器件的摆放，使之整齐美观，如同样的器件要摆放整齐、方向一致，不能摆得“错落有致” 。

这个步骤关系到板子整体形象和下一步布线的难易程度，所以一点要花大力气去考虑。布局时，对不太肯定的地方可以先作初步布线，充分考虑。

第四：布线。布线是整个PCB设计中最重要的工序。这将直接影响着PCB板的性能好坏。在PCB的设计过程中，布线一般有这么三种境界的划分：首先是布通，这时PCB设计时的最基本的要求。如果线路都没布通，搞得到处是飞线，那将是一块不合格的板子，可以说还没入门。其次是电器性能的满足。这是衡量一块印刷电路板是否合格的标准。这是在布通之后，认真调整布线，使其能达到最佳的电器性能。接着是美观。假如你的布线布通了，也没有什么影响电器性能的地方，但是一眼看过去杂乱无章的，加上五彩缤纷、花花绿绿的，那就算你的电器性能怎么好，在别人眼里还是垃圾一块。这样给测试和维修带来极大的不便。布线要整齐划一，不能纵横交错毫无章法。这些都要在保证电器性能和满足其他个别要求的情况下实现，否则就是舍本逐末了。布线时主要按以下原则进行：
①．一般情况下，首先应对电源线和地线进行布线，以保证电路板的电气性能。在条件允许的范围内，尽量加宽电源、地线宽度，最好是地线比电源线宽，它们的关系是：地线＞电源线＞信号线，通常信号线宽为：0.2～0.3mm，最细宽度可达0.05～0.07mm，电源线一般为1.2～2.5mm。对数字电路的 PCB可用宽的地导线组成一个回路, 即构成一个地网来使用（模拟电路的地则不能这样使用）
②． 预先对要求比较严格的线（如高频线）进行布线，输入端与输出端的边线应避免相邻平行，以免产生反射干扰。必要时应加地线隔离，两相邻层的布线要互相垂直，平行容易产生寄生耦合。
③． 振荡器外壳接地，时钟线要尽量短，且不能引得到处都是。时钟振荡电路下面、特殊高速逻辑电路部分要加大地的面积，而不应该走其它信号线，以使周围电场趋近于零；
④． 尽可能采用45o的折线布线，不可使用90o折线，以减小高频信号的辐射；（要求高的线还要用双弧线）
⑤． 任何信号线都不要形成环路，如不可避免，环路应尽量小；信号线的过孔要尽量少；
⑥． 关键的线尽量短而粗，并在两边加上保护地。
⑦． 通过扁平电缆传送敏感信号和噪声场带信号时，要用“地线-信号-地线”的方式引出。
⑧． 关键信号应预留测试点，以方便生产和维修检测用
⑨．原理图布线完成后，应对布线进行优化；同时，经初步网络检查和DRC检查无误后，对未布线区域进行地线填充，用大面积铜层作地线用,在印制板上把没被用上的地方都与地相连接作为地线用。或是做成多层板，电源，地线各占用一层。

  ——PCB布线工艺要求
  ①． 线

一般情况下，信号线宽为0.3mm(12mil)，电源线宽为0.77mm(30mil)或1.27mm(50mil)；线与线之间和线与焊盘之间的距离大于等于0.33mm(13mil)，实际应用中，条件允许时应考虑加大距离；
布线密度较高时，可考虑（但不建议）采用IC脚间走两根线，线的宽度为0.254mm(10mil)，线间距不小于0.254mm(10mil)。特殊情况下，当器件管脚较密，宽度较窄时，可按适当减小线宽和线间距。

  ②． 焊盘（PAD）

焊盘（PAD）与过渡孔（VIA）的基本要求是：盘的直径比孔的直径要大于0.6mm；例如，通用插脚式电阻、电容和集成电路等，采用盘/孔尺寸 1.6mm/0.8mm（63mil/32mil），插座、插针和二极管1N4007等，采用1.8mm/1.0mm（71mil/39mil）。实际应用中，应根据实际元件的尺寸来定，有条件时，可适当加大焊盘尺寸；
PCB板上设计的元件安装孔径应比元件管脚的实际尺寸大0.2～0.4mm左右。

  ③． 过孔（VIA）

一般为1.27mm/0.7mm(50mil/28mil)；
当布线密度较高时，过孔尺寸可适当减小，但不宜过小，可考虑采用1.0mm/0.6mm(40mil/24mil)。

  ④． 焊盘、线、过孔的间距要求

PAD and VIA ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and PAD ： ≥ 0.3mm（12mil）
PAD and TRACK ： ≥ 0.3mm（12mil）
TRACK and TRACK ： ≥ 0.3mm（12mil）
密度较高时：
PAD and VIA ： ≥ 0.254mm（10mil）
PAD and PAD ： ≥ 0.254mm（10mil）
PAD and TRACK ： ≥ 0.254mm（10mil）
TRACK and TRACK ： ≥ 0.254mm（10mil）

第五：布线优化和丝印。“没有最好的，只有更好的”！不管你怎么挖空心思的去设计，等你画完之后，再去看一看，还是会觉得很多地方可以修改的。一般设计的经验是：优化布线的时间是初次布线的时间的两倍。感觉没什么地方需要修改之后，就可以铺铜了（Place->polygon Plane）。铺铜一般铺地线（注意模拟地和数字地的分离），多层板时还可能需要铺电源。时对于丝印，要注意不能被器件挡住或被过孔和焊盘去掉。同时，设计时正视元件面，底层的字应做镜像处理，以免混淆层面。

第六：网络和DRC检查和结构检查。首先，在确定电路原理图设计无误的前提下，将所生成的PCB网络文件与原理图网络文件进行物理连接关系的网络检查（NETCHECK），并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证布线连接关系的正确性；
网络检查正确通过后，对PCB设计进行DRC检查，并根据输出文件结果及时对设计进行修正，以保证PCB布线的电气性能。最后需进一步对PCB的机械安装结构进行检查和确认。

第七：制版。在此之前，最好还要有一个审核的过程。

PCB设计是一个考心思的工作，谁的心思密，经验高，设计出来的板子就好。所以设计时要极其细心，充分考虑各方面的因数（比如说便于维修和检查这一项很多人就不去考虑），精益求精，就一定能设计出一个好板子。