我們討論了印刷電路板 (PCB) 設(shè)計(jì)師在談到進(jìn)行混合信號(hào)設(shè)計(jì)時(shí)最可能指的是什么。作為其中的一部分，我們考慮了可能涉及的不同類型的電路，并且我們觸及了每種電路所涉及的高級(jí)差異和挑戰(zhàn)。

現(xiàn)在，您可能想知道為什么這些真的很重要，以及為什么它比實(shí)施純模擬 PCB 設(shè)計(jì)更難。

混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)要求對(duì)模擬和數(shù)字電路有基本的了解，以最大程度地減少(如果不能防止的話)信號(hào)干擾。構(gòu)成現(xiàn)代系統(tǒng)的元件既有在數(shù)字域運(yùn)行的元件，又有在模擬域運(yùn)行的元件，必須精心設(shè)計(jì)以確保整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)完整性。

作為混合信號(hào)開(kāi)發(fā)過(guò)程的重要組成部分，PCB布局可能令人生畏，而元件放置僅僅是開(kāi)始。還有其他因素必須考慮，包括電路板各層以及如何適當(dāng)管理這些層，以最大程度地減少寄生電容 (PCB的平面間層之間可能會(huì)意外產(chǎn)生此類電容)引起的干擾。

接地也是混合信號(hào)系統(tǒng)的PCB布局設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要步驟。盡管接地是行業(yè)中經(jīng)常爭(zhēng)論的一個(gè)話題，但對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，制定一套標(biāo)準(zhǔn)化方法不一定是最簡(jiǎn)單的任務(wù)。例如，高質(zhì)量接地的某個(gè)單一問(wèn)題可能會(huì)影響高性能混合信號(hào)PCB設(shè)計(jì)的整個(gè)布局。因此，不應(yīng)忽略此方面。

不要誤會(huì)我們的意思……

讓我們馬上澄清一件事——所有 PCB 設(shè)計(jì)都具有挑戰(zhàn)性，無(wú)論是否混合信號(hào)。從頭到尾開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)意味著一系列步驟和決策，所有這些都與權(quán)衡和妥協(xié)混合在一起，最終產(chǎn)生(希望)滿足您繼承的要求的成品。讓我們從 PCB 設(shè)計(jì)的角度快速瀏覽其中的一些設(shè)計(jì)步驟。

· 定義您的要求

o 在我們看來(lái)，這無(wú)疑是當(dāng)今設(shè)計(jì)工作中最被低估和未充分利用的步驟。沒(méi)有明確的要求，取得成功將變得更加困難。(也許我們會(huì)在以后的專欄中更深入地探討這個(gè)主題。)

· 規(guī)劃設(shè)計(jì)

o 盡早選擇關(guān)鍵和核心組件。如果您正在使用具有 16 個(gè)相同模擬輸入通道的模擬 PCB，那么請(qǐng)做功課和研究以找到要使用的完美運(yùn)算放大器。如果您正在開(kāi)發(fā) Wi-Fi 模塊，請(qǐng)閱讀可用的 PA/LNA 設(shè)備和射頻收發(fā)器。也許使用一個(gè)完整的模塊更有意義。關(guān)鍵是在啟動(dòng)原理圖捕獲工具之前做好這項(xiàng)工作。計(jì)劃、計(jì)劃、計(jì)劃——然后你就可以擔(dān)心執(zhí)行了。

o 繪制框圖。電源樹(shù)、信號(hào)流、平面規(guī)劃和系統(tǒng)互連只是可以從早期圖表中獲益的幾個(gè)例子。

o 考慮 PCB 疊層、材料和約束。

· 捕捉原理圖

o 完成規(guī)劃并選擇關(guān)鍵組件后，您應(yīng)該有信心開(kāi)始捕捉電路設(shè)計(jì)意圖。

o 不要忘記記錄您的所有設(shè)計(jì)決策。歷史參考很重要;兩年后，當(dāng)您出于各種原因需要重新訪問(wèn) PCB 時(shí)，捕獲關(guān)鍵決策對(duì)您來(lái)說(shuō)將具有不可估量的價(jià)值。

· 布局印刷電路板

o 將銅放在 FR-4(或您可能決定使用的任何 PCB 材料)上并準(zhǔn)備訂購(gòu)您的 PCB。

以上提供了一個(gè)很好的概述，任何 PCB 設(shè)計(jì)都應(yīng)牢記在心，但每種類型的電路設(shè)計(jì)都有其自身的細(xì)微差別和挑戰(zhàn)。

想象一下，執(zhí)行我們剛剛為 E3 可能認(rèn)為適用于大多數(shù)行業(yè)的典型 PCB 概述的步驟：

· ARM 處理器和/或 FPGA

· 高速串行通信

· 模擬信號(hào)調(diào)理和處理

· 電源轉(zhuǎn)換

對(duì)于各行各業(yè)的嵌入式控制器來(lái)說(shuō)，這是一種相當(dāng)常見(jiàn)的電路組合。這里有許多以預(yù)期方式交互的事物，您還需要防止它們以非預(yù)期方式交互?？紤]幾個(gè)例子：

· 您不希望您的高速通信耦合到模擬信號(hào)中。

· 您不希望來(lái)自電源轉(zhuǎn)換的高電流環(huán)路耦合到任何東西中。

現(xiàn)在開(kāi)始向組合中添加更多類型的電路——例如 RF 設(shè)計(jì)——問(wèn)題開(kāi)始復(fù)雜化并進(jìn)一步限制您的設(shè)計(jì)。很快，您將面臨艱巨的挑戰(zhàn)。

總結(jié)(暫時(shí))

不用擔(dān)心!當(dāng)然，做這樣的工作很有挑戰(zhàn)性，有時(shí)看起來(lái)絕對(duì)是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)，即使對(duì)于經(jīng)驗(yàn)最豐富的設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)也是如此，但我們保證這是可以做到的。我們就是活生生的證據(jù)。

當(dāng)我們畢業(yè)時(shí)，我們對(duì)此知之甚少，但在我們職業(yè)生涯的 10 年里，我們被認(rèn)為是非常優(yōu)秀的設(shè)計(jì)工程師(請(qǐng)?jiān)徫覀內(nèi)狈χt遜)。

使混合信號(hào)設(shè)計(jì)變得困難的事情也使它變得有趣。它促使您學(xué)習(xí)新事物并批判性地思考基本的工程原理。我們甚至沒(méi)有涵蓋來(lái)自您自己的設(shè)計(jì)需求之外的約束——例如安全、EMC/EMI 和環(huán)境法規(guī)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。然后是產(chǎn)品驅(qū)動(dòng)的約束，但我們離題了……