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2024/3/2 17:11:26 | 人气: 1

电源平面，或者至少是用于电源的多边形浇注，在现代 PCB 中是不可或缺的，如果没有将电源网络划分为不同区域的能力，我们所知道的数字系统是否会存在是值得怀疑的。 对于标称在直流下运行的数字板（可能带有来自开关稳压器的一些叠加噪声），分割电源层或使用多个电源层是将标准核心/逻辑级别的大电流路由到数字组件的必要条件。
 但是模拟电源网络及其提供的电源又如何呢？ 我们如何将它们融入混合信号 PCB 布局中？

一旦您开
始将模拟和数字部分混合到具有多个网络的电源层中，如果您不小心布局，就很难在设计中实现清洁电源。 
在高频下，当不同类型的平面区域重叠时，这可能会在射频频率范围内产生明显的 EMI 问题。 
在这种情况下，我们需要考虑如何在高层板中交错电源和接地区域，或在低层板中分离不同的电源区域。


混合信号平面问题
在混合信号 PCB 布局、平面设计和叠层设计中反复出现的大争论之一是如何布置接地和电源网络，甚至什么是接地的具体定义。 例如，假设您决定拥有一个仅模拟接地层和一个仅数字接地层（仅供参考，您可能不应该这样做）；
 如果这些平面部分在物理上是断开的，那么其中哪一个被定义为 0 V？ 仅当它们与电容连接时才具有相同的电位吗？ 
这不是一个小问题。

同样的问题也适用于一对电源层，或者更确切地说，适用于由绝缘体分隔的任何一对导体，且它们之间的电位差不为零。 如果您认为这听起来像电容器，那么您是对的！ 任何时候只要有两个平面或多边形通过绝缘电介质彼此分开，就创建了一个电容器。 这意味着当电源层（包括两个电源层、两个接地层或电源/接地层对）
上产生电位时，它们将充电和放电。



考虑下面多边形的排列。 紫色多边形为两个IC提供VDD电源，名义上是直流电压； 相邻层被磨削。 浅蓝色区域是另一个直流网络，由不同的稳压器提供不同的电压。 问题是：如果我们将这些堆叠在多层 PCB 中会发生什么？



上面的布置显示了两个直流网络，我稍后将更详细地讨论这种情况，但如果浅蓝色区域是模拟电源网络怎么办？ 在混合信号 PCB 布局中，我们必须问这样一个问题：我们应该如何布置重叠平面，以免在电路板的不同区域之间耦合噪声？ 请记住，混合信号PCB 布局的主要挑战之一是防止模拟和数字信号之间出现意外干扰，这将主要降低模拟信号的质量。 两个平面层之间的电容在这
里是有问题的，并且在高频下变得更成问题。

以下是如何更好地理解不同电位下重叠平面的影响，特别是在混合信号 PCB 中。


重叠直流电源和模拟电源
当数字和模拟多边形或平面重叠时，由于模拟平面中的振荡，两个功率区域之间的电容将作为位移电流
不断充电和放电。 这在概念上显示如下：


在高频和高功率下，例如当通过模拟电源总线将功率提供给射频信号时，由于平面区域每一侧的振荡位移电流，平面之间的这种耦合会产生射频发射。 这在高 GHz 功率产品中可能会出现问题，从而会激发电路板内部的结构共振。 如果不应用一些抑制步骤，例如使用通孔缝合或更复杂的多边形（例如用于天线隔离的电磁带隙结构），这会导致电路板产生强烈的边缘发射。


使用单个、未分割的地平面
当我写“未分割”时，我指的是没有任何物理上断开的部分的接地层。 建议将模拟电路和数字电路放置在统一接地之上的不同区域，其想法是利用高频/高速返回路径来创建一些隔离。 此外，这有助于消除在整个电路板上来回布线模拟/数字走线的需要，从而减少串扰的机会。 我在最近的一篇博客文章中详细讨论了这一点，其中概述了为什么最好只
使用统一的地平面。

两个不同电位的直流平面怎么样？
当您有两个处于不同直流电压的电源层时，它们最初将充电至各自的直流电压，
并且在此稳定状态下，电源层上不会有任何位移电流。 然而，直流平面并不真正处于直流电势。 请注意，由于开关稳压器的噪声或由于接地/导轨塌陷导致的瞬态噪声，每个平面的电势可能仅为名义上的直流电，并且每个平面中都有一些叠加的开关噪声。 
两个直流平面之间耦合的非典型噪声是：

来自稳压器的开关噪声，可以跨越许多谐波并达到高 MHz 水平
来自其他来源的噪声，
例如共模噪声或从外部散热器接收到的任何 EMI



概括
如果将所有接地连接到单个参考平面作为系统接地，则您使用的任何接地将（或应该）在系统中具有相同的 0 V 电位定义。
 这意味着模拟地和数字地之间的区别是没有意义的，我们只需要担心模拟和数字电源。

在任何 PCB 中（包括混合信号 PCB 布局），确定最佳电源和接地平面布置都具有挑战性。 使用 Altium Designer® 中的 CAD 工具定义电源/接地区域并创建物理布局。 
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