混合信号 PCB 的分区设计
如何降低数字信号和模拟信号间的相互干扰呢？在设计之前必须了解电磁兼容
（ＥＭＣ）的两个基本原则：第一个原则是尽可能减小电流环路的面积；第二个原则是系
统只采用一个参考面。相反，如果系统存在两个参考面，就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、流过的电流大小以及频率成正比）；而
如果信号不能通过尽可能小的环路返回，就可能形成一个大的环状天线（注：小型环
状天线的辐射大小与环路面积、流过环路
的电流大小以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
地和模拟地分割开，这样能实现数字地和
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，在复杂的大型
系统中问题尤其突出。最关键的问题是不
能跨越分割间隙布线，一旦跨越了分割间
隙布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧增
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个地之间的间隙，信
号电流的返回路径是什么呢？假定被分割
的两个地在某处连接在一起（通常情况下是在某个位置单点连接），在这种情况下，
地电流将会形成一个大的环路。流经大环路的高频电流会产生辐射和很高的地电感，
如果流过大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
地和数字地通过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
是优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电流从哪
儿流过，而忽略了电流的具体路径。如
果必须对地线层进行分割，而且必须通
过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，然后通过该连接桥布
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。
采用光隔离器件或变压器也能实
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。还有一种可行的办法是采用差分信号：信号从一
条线流入从另外一条信号线返回，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，而无论这个临近层是电源层还是地线层。
