純模擬電路走線看起來不像高速數(shù)字電路那樣有嚴(yán)格的時(shí)序和阻抗要求但真正畫過的人都知道“看起來簡單”恰恰是最大的坑。模擬電路對噪聲、地彈、串?dāng)_、溫漂都很敏感走線稍微不合理調(diào)板子的時(shí)候就是無窮無盡的折騰。這次我們結(jié)合西電PCB設(shè)計(jì)指南直播第4次講到的純模擬電路走線內(nèi)容把“純模擬電路怎么走線”這件事拆開講清楚。文章會覆蓋布局分區(qū)、地線處理、電源走線、信號走線、關(guān)鍵器件擺放到層疊選擇與排查方法適合正在做傳感器采集、運(yùn)放放大、電源調(diào)理、音頻處理等模擬板卡的工程師參考。本文的定位是“能用得上”的布線方法不是教科書式的羅列。我會把模擬電路PCB設(shè)計(jì)中常見的幾類問題——地環(huán)路、電源噪聲耦合、信號線串?dāng)_、布局不合理導(dǎo)致的功能異?！脤?shí)際操作層面的思路講透。如果你剛接觸PCB設(shè)計(jì)或者已經(jīng)畫過幾塊板但總感覺模擬部分不好調(diào)這篇文章可以直接收藏。1. 純模擬電路布線核心要點(diǎn)速覽在展開細(xì)節(jié)之前先給一張速覽表把純模擬電路走線中最關(guān)鍵的決策點(diǎn)列出來方便你對照自己的板子做檢查。設(shè)計(jì)要素推薦做法常見錯(cuò)誤布局順序先分區(qū)、再布局、后走線一邊走線一邊挪器件導(dǎo)致回流路徑混亂地線策略單點(diǎn)接地為主分區(qū)地平面必要時(shí)開爾文走線數(shù)字地和模擬地混淆地環(huán)路過多電源走線電源路徑短而寬保證過電流能力電源線過細(xì)去耦電容離芯片太遠(yuǎn)信號走線短、直、遠(yuǎn)離干擾源關(guān)鍵信號加保護(hù)模擬信號和數(shù)字信號交叉走線繞遠(yuǎn)路層疊選擇四層板優(yōu)于雙層板保證完整參考平面盲目用雙層板且地平面被走線割裂去耦電容靠近電源引腳放置先大后小電容放得太遠(yuǎn)失去高頻去耦作用屏蔽處理對敏感模擬信號用保護(hù)環(huán)或包地保護(hù)環(huán)沒有接地變成天線等長與蛇形模擬電路一般不刻意等長除非差分對把等長設(shè)計(jì)錯(cuò)誤應(yīng)用到非高速模擬線從這張表能看出純模擬電路走線的核心不是“繞等長”“走蛇形”而是控制回流路徑、降低噪聲耦合、保證電源和地平面完整。下面逐項(xiàng)展開講。2. 模擬電路與數(shù)字電路布線的本質(zhì)差異先說清楚一個(gè)前提純模擬電路走線和數(shù)字電路走線的設(shè)計(jì)目標(biāo)完全不同。數(shù)字電路關(guān)心的是“門限電平”和“時(shí)序裕量”只要信號在邊沿處能可靠地識別0和1中間過程有點(diǎn)噪聲問題不大模擬電路關(guān)心的是“信號的精確幅度”任何一點(diǎn)噪聲疊加都會直接進(jìn)入輸出信號。這就決定了兩種布線策略的出發(fā)點(diǎn)不同。數(shù)字電路的布線核心是控制信號完整性、時(shí)序長度匹配和回流面積所以會有等長、蛇形走線、阻抗匹配這些要求。模擬電路的布線核心是隔離干擾、穩(wěn)定直流工作點(diǎn)、低噪聲耦合。即使信號頻率只有幾十kHz只要系統(tǒng)里存在開關(guān)電源、繼電器、電機(jī)驅(qū)動或者數(shù)字邏輯干擾源模擬走線考慮不到位輸出信號就可能帶著周期性毛刺或隨機(jī)尖峰。另一個(gè)差異是阻抗控制。很多做數(shù)字板的工程師習(xí)慣了“差分對要做100歐姆阻抗”“單端要做50歐姆阻抗”但在模擬電路里除非信號頻率非常高或者走線非常長否則一般不需要嚴(yán)格做阻抗匹配。模擬電路的主要矛盾是噪聲和干擾而不是反射。當(dāng)然如果板子里的模擬信號是射頻信號或者高頻中頻信號阻抗控制還是要做但本文先聚焦常規(guī)低頻模擬電路。還有一個(gè)容易被忽略的差異是“器件擺位對電路功能的影響”。數(shù)字電路里邏輯芯片的擺放位置只要不影響布線難度和時(shí)序幾乎不改變功能模擬電路不一樣運(yùn)放的位置、反饋電阻的位置、電容的位置都會影響電路的實(shí)際性能。比如反饋電阻離運(yùn)放輸入端太遠(yuǎn)走線又細(xì)又長寄生電感就容易讓電路產(chǎn)生高頻自激基準(zhǔn)電容離基準(zhǔn)芯片太遠(yuǎn)輸出噪聲就會明顯惡化。這也是為什么很多模擬板卡需要“按原理圖信號流向布局”而不是“按網(wǎng)絡(luò)表自動布局”。簡而言之模擬電路走線不是“把線連通就行”而是“連通的路徑要滿足電路對噪聲和寄生參數(shù)的要求”。這個(gè)思路貫穿全文。3. 布局規(guī)劃先分區(qū)再走線純模擬電路畫板的第一步不是走線而是布局。布局決定了走線的空間和回流路徑的走向。如果布局不對后面再怎么優(yōu)化走線都事倍功半。先說分區(qū)。一塊完整的模擬板卡通常包含多個(gè)功能模塊例如信號調(diào)理、濾波、放大、基準(zhǔn)源、電源轉(zhuǎn)換。在PCB布局階段應(yīng)該先按功能模塊把板面劃分清楚讓信號按“輸入 → 調(diào)理 → 處理 → 輸出”的方向順序流過板卡。不要讓輸入接口和處理電路隔著整個(gè)板子相對否則信號線只能繞大圈回路面積變大外界干擾就更容易耦合進(jìn)來。布局時(shí)要重點(diǎn)考慮幾個(gè)問題第一強(qiáng)干擾器件和敏感器件要拉開距離。電源變換電路、繼電器、晶振、數(shù)字邏輯芯片都屬于強(qiáng)干擾源運(yùn)放輸入級、基準(zhǔn)電壓源、傳感器接口屬于敏感器件。兩者的間距至少要留有足夠的空間優(yōu)先用地平面分割和屏蔽手段做隔離。很多板卡出問題就是布局時(shí)把DC-DC芯片放在了運(yùn)放輸入的正旁邊結(jié)果輸出紋波不管怎么濾波都壓不下去。第二信號流向要清晰避免“回頭路”。模擬信號最好從板卡一端進(jìn)入經(jīng)過處理后再從另一端輸出不走回頭路。如果布局時(shí)輸入端在右、放大電路在左、輸出又回到右信號線就會橫向穿過整個(gè)板子和電源線、控制線大面積交疊串?dāng)_概率成倍上升。第三熱敏感器件要避開熱源。模擬電路里有很多參數(shù)和溫度相關(guān)比如基準(zhǔn)電壓源、精密運(yùn)放、傳感器。功率電阻、穩(wěn)壓器、功率MOS管這些發(fā)熱器件不要放在精密模擬電路旁邊。散熱風(fēng)道也要提前考慮避免局部熱量聚集導(dǎo)致電路漂移。第四連接器位置決定“參考地”。板卡對外接口如排針、端子、同軸連接器的位置會直接決定回流路徑。接口處的地引腳和板內(nèi)模擬地要形成低阻抗連接不能讓連接器的地電流繞一個(gè)大圈再回到電源地平面。布局階段的核心原則是模擬板卡的布局要能畫出一條“最短、最直接、不交叉”的信號主路徑同時(shí)把敏感的模擬區(qū)域和干擾源分開。如果布局時(shí)做到了這一點(diǎn)后面走線就順了。4. 地線設(shè)計(jì)純模擬電路布線的生命線地線是模擬電路布線中最重要、也最容易出問題的部分。模擬電路的每一個(gè)信號最終都要通過地形成回路地線上的任何噪聲都會疊加到信號中。4.1 單點(diǎn)接地與多點(diǎn)接地純模擬電路推薦采用單點(diǎn)接地也就是把各個(gè)模塊的地只在一個(gè)點(diǎn)連接到系統(tǒng)地。這樣做的好處是避免多個(gè)地回路之間的電位差形成地環(huán)路電流把噪聲耦合到敏感電路。舉個(gè)例子傳感器、運(yùn)放、ADC三部分電路各有自己的地如果它們分別在多個(gè)位置連接到地平面地平面上的電流就會在三個(gè)接地點(diǎn)之間形成電位差相當(dāng)于在運(yùn)放的輸入?yún)⒖级睡B加了一個(gè)噪聲電壓。采用單點(diǎn)接地后三個(gè)模塊的地先匯聚到一個(gè)點(diǎn)再連接到系統(tǒng)地地環(huán)路電流就被切斷。單點(diǎn)接地并不是要求每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都獨(dú)立走一根地線到一點(diǎn)那樣既不現(xiàn)實(shí)也不利于高頻性能。實(shí)際工程中常用的做法是模擬電路區(qū)域使用完整的地平面但通過布局和分區(qū)把地電流的流向控制住然后在模擬區(qū)和數(shù)字區(qū)交界處用磁珠、0歐電阻或接地銅橋做單點(diǎn)連接。4.2 開爾文走線在模擬電路中的應(yīng)用熱詞里出現(xiàn)的“開爾文走線”值得單獨(dú)說一下。開爾文連接也叫四線連接原本用于消除測量導(dǎo)線電阻對測量結(jié)果的影響在PCB走線中它的思路同樣實(shí)用。原理很簡單當(dāng)一條走線同時(shí)承擔(dān)“功率電流流過”和“電壓采樣參考”兩個(gè)功能時(shí)走線電阻上的壓降會直接污染采樣電壓。開爾文走線把這兩條路徑分開功率電流走一條粗線采樣電壓走一條獨(dú)立的細(xì)線并且采樣線只在負(fù)載端連接避免采樣線上流過負(fù)載電流。在模擬電路中的應(yīng)用場景很典型比如精密電源的遠(yuǎn)端采樣、電池充放電回路中電流采樣電阻的電壓檢測、負(fù)載電流較大的基準(zhǔn)源布線。如果采樣電阻的電壓信號直接從電阻兩端走線給到運(yùn)放而這條走線和負(fù)載電流共用了一段銅皮那么負(fù)載電流在銅皮上產(chǎn)生的壓降就會被誤認(rèn)為采樣電壓的變化。用開爾文走線單獨(dú)引一條采樣線到運(yùn)放輸入端測量精度會顯著提升。PCB Layout中實(shí)現(xiàn)開爾文連接的要點(diǎn)是采樣線要從被采樣電阻的焊盤根部單獨(dú)引出不要從電阻引腳的主電流路徑中間分支采樣線要細(xì)盡量減少其自身流過的電流采樣線和主電流路徑不要重疊覆蓋保持獨(dú)立。4.3 地銅皮與地平面的完整性對于低頻模擬電路地平面越完整越好。地平面提供低阻抗回流路徑同時(shí)起到屏蔽作用。但要注意地平面的完整性比“有沒有地平面”更重要。一塊被走線割成若干狹長條的地銅皮實(shí)際上處處是瓶頸回流電流只能繞著走反而比不加地銅皮更容易產(chǎn)生噪聲。在布局階段就要規(guī)劃好哪些區(qū)域走線不能穿越地平面。關(guān)鍵的模擬器件下方盡量保持地平面完整不要在敏感器件的正下方走數(shù)字信號線或電源線分割地平面。如果實(shí)在需要換層要保證回流路徑不會被打斷。雙層板的模擬電路底層作為連續(xù)地平面頂層走信號和電源這種結(jié)構(gòu)對很多低速模擬板卡是夠用的。四層板則可以用第二層作為完整地平面其他層走線和電源效果更好。5. 電源走線低阻抗供電是關(guān)鍵模擬電路的電源走線看似簡單實(shí)際上很多奇怪的噪聲問題都是電源供電路徑不合理造成的。核心目標(biāo)只有一個(gè)讓電源到達(dá)負(fù)載的路徑阻抗足夠低。5.1 電源線寬度與過電流能力走線寬度要滿足過電流能力。銅箔的載流能力和線寬、銅厚、溫升都有關(guān)系。在常規(guī)1oz銅厚、溫升10攝氏度條件下1mm線寬大約能走1A左右的電流具體數(shù)值受環(huán)境溫度影響。做電源走線時(shí)不能只看原理圖里的平均電流還要考慮啟動瞬間的浪涌電流和瞬態(tài)電流。一個(gè)常見的做法是電源走線寬度按平均電流的1.5倍以上設(shè)計(jì)關(guān)鍵路徑再加寬。如果空間不允許可以在多個(gè)層并聯(lián)走電源通過過孔陣列連接。對于模擬電路的電源走線除了過電流能力還要控制走線電感。細(xì)長的電源走線本身就是一個(gè)小電感在負(fù)載電流突變時(shí)會產(chǎn)生壓降尖峰。所以電源走線盡量短而寬能走平面層就走平面層避免在多個(gè)層之間反復(fù)打孔換層。5.2 去耦電容的擺放去耦電容是模擬電路電源質(zhì)量的最后一道保障。電容的擺放位置比電容容值更關(guān)鍵。高頻去耦電容通常是0.1uF或1nF要盡可能靠近芯片的電源引腳和地引腳從電源引腳到電容焊盤的路徑越短越好。如果電容和電源引腳之間隔了一段走線那么這段走線電感就和電容形成了串聯(lián)諧振電容在高頻段的實(shí)際去耦效果大打折扣。大容值的電解電容或鉭電容作用主要是提供低頻能量儲備位置可以稍微遠(yuǎn)一點(diǎn)但還是應(yīng)該放在負(fù)載電路附近。多級去耦的常見擺放順序是電源入口先放一個(gè)大電容靠近芯片再放多個(gè)小電容形成低阻抗的頻率帶寬覆蓋。5.3 電源層分割四層板中如果模擬電路功耗不大電源層可以用完整平面不需要分割。如果板卡同時(shí)有模擬電源和數(shù)字電源或者有多路不同的供電電壓就要考慮電源層分割。分割時(shí)要注意不要讓高速數(shù)字信號線跨越電源分割縫隙否則回流路徑被打斷電流只能繞大圈會產(chǎn)生不必要的輻射和耦合。電源層分割線和地平面的間隙也要控制好一般建議縫隙不要超過3mm到5mm。6. 信號線走線從器件到走線的細(xì)節(jié)模擬信號線走線的原則可以歸納為四個(gè)字短、直、粗、凈。“短”是指走線距離盡量短。走線越長寄生電阻、寄生電感和寄生電容都越大吸收噪聲的面積也越大。尤其是高阻抗節(jié)點(diǎn)比如運(yùn)放的正相輸入端、反饋網(wǎng)絡(luò)的高阻節(jié)點(diǎn)走線要盡可能短否則輕微的環(huán)境電場變化都會耦合出可測的噪聲。“直”是指走線路徑盡量直接少繞彎、少打過孔。但“直”不是要求完全45度直線而是不要為了美觀或?yàn)榱擞掀渌盘柖岅P(guān)鍵模擬信號繞遠(yuǎn)路。如果必須換層兩個(gè)過孔之間的距離不要太短換層后回流路徑要連續(xù)?！按帧笔侵改M信號線不要走太細(xì)。常規(guī)模擬信號線建議做到0.3mm到0.5mm以上越細(xì)的線電阻越大壓降越明顯。對輸入偏置電流大的器件比如雙極型運(yùn)放輸入走線太細(xì)、太長就會產(chǎn)生明顯的電壓偏置誤差。“凈”是指走線周圍要干凈遠(yuǎn)離干擾源。模擬信號線不要和數(shù)字信號線平行走很長距離不要和電源開關(guān)節(jié)點(diǎn)比如DC-DC的SW節(jié)點(diǎn)靠得太近不要跨越繼電器的控制線、PWM線、電機(jī)驅(qū)動線這類強(qiáng)干擾走線。6.1 模擬信號線的保護(hù)環(huán)與包地當(dāng)模擬信號線要穿過干擾較多的區(qū)域時(shí)可以采用保護(hù)環(huán)或包地方式做屏蔽。保護(hù)環(huán)是一條圍繞敏感信號走線的地線通常是環(huán)形的主要應(yīng)用于高阻抗輸入節(jié)點(diǎn)的保護(hù)比如運(yùn)放輸入端外圍用一圈地線包圍防止表層漏電流流入敏感節(jié)點(diǎn)。保護(hù)環(huán)并不是每條模擬信號線都適合加它更適合“高阻抗、微弱電流信號”的場景比如光電二極管的電流檢測、高阻分壓器的電壓采樣。如果只是普通模擬信號線穿越干擾區(qū)域可以采用包地方式在信號線兩側(cè)各走一條地線。需要注意包地線要確實(shí)接地最好在兩端和中間都打過孔連接到地層否則包地線懸浮著反而會成為天線引入更多噪聲。6.2 差分走線與等長走線在純模擬電路中差分信號走線是常見的。比如差分放大器的輸入、檢測電路的正負(fù)信號、音頻的L/L-。差分走線要盡量做到等長、等距、對稱。等長是為了保證差分信號的正負(fù)兩路在到達(dá)接收端時(shí)相位差一致等距是為了保證兩條線耦合系數(shù)一致共模噪聲才能被有效抑制。這里要區(qū)分一下模擬差分走線和數(shù)字高速等長的不同。數(shù)字電路做等長通常涉及蛇形走線補(bǔ)償因?yàn)樾盘栠呇厮俾矢邘资甿il的長度差就可能產(chǎn)生時(shí)序偏差模擬電路做差分走線長度差對相位的影響取決于信號頻率和波長低頻模擬電路一般不需要精細(xì)化到蛇形補(bǔ)償?shù)幢闳绱吮M量保持兩條線長度接近仍然是好習(xí)慣。6.3 高頻模擬走線的阻抗控制如果模擬信號的頻率較高比如幾十MHz以上或者信號要傳輸?shù)桨逋饩托枰紤]特征阻抗控制。射頻信號通常做50歐姆單端阻抗或100歐姆差分阻抗視頻信號可能做75歐姆USB、以太網(wǎng)等高速數(shù)字接口做90歐姆或100歐姆差分。阻抗控制需要和板廠確認(rèn)疊層結(jié)構(gòu)按廠家的疊層參數(shù)計(jì)算走線寬度不能只在設(shè)計(jì)軟件里設(shè)置一個(gè)阻抗參數(shù)就完事。7. 關(guān)鍵器件布局與走線實(shí)例下面結(jié)合幾種典型的模擬電路模塊說一下具體的布局和走線細(xì)節(jié)。7.1 運(yùn)放電路運(yùn)放是純模擬電路中使用最多的器件。運(yùn)放布局走線的幾個(gè)要點(diǎn)輸入引腳是高阻抗節(jié)點(diǎn)走線要短不要和輸出走線平行靠近否則會形成正反饋耦合造成自激振蕩。反饋電阻要靠近運(yùn)放的反相輸入端盡量縮短反饋環(huán)路面積。反饋回路面積過大寄生電感變大高頻下容易產(chǎn)生相位裕量不足的問題。運(yùn)放電源引腳的去耦電容要靠近電源引腳和地引腳放置通常0.1uF和10uF搭配小電容靠近引腳。如果運(yùn)放有多個(gè)通道比如雙運(yùn)放、四運(yùn)放要檢查各通道之間的串?dāng)_。輸入通道之間不要靠得太近特別是不同增益級別的通道。7.2 傳感器電路傳感器輸出的信號通常非常微弱走線設(shè)計(jì)對信噪比影響巨大。要點(diǎn)包括傳感器信號線盡量從傳感器焊盤根部直接引出并盡可能靠近傳感器放置第一級放大電路。如果傳感器信號是差分輸出應(yīng)使用差分走線并保持兩條線長度一致避免共模轉(zhuǎn)差模。傳感器的供電線和信號線不要平行長距離走線特別是電流型傳感器供電電流的變化可能在信號線上感應(yīng)出噪聲。傳感器區(qū)域的地要單獨(dú)考慮避免傳感器地電流和放大電路地電流相互干擾。7.3 電源轉(zhuǎn)換與模擬電路混合板卡很多模擬板卡上同時(shí)有DC-DC降壓電路和模擬放大電路。這種混合板卡要注意DC-DC的開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW是高di/dt節(jié)點(diǎn)走線要短而寬面積盡量小。DC-DC的電感和輸出電容要按照器件手冊推薦的Layout來擺放不要自創(chuàng)布局。模擬電路的地和DC-DC的地要分區(qū)處理在電源輸出端點(diǎn)單點(diǎn)連接。DC-DC的反饋采樣線要遠(yuǎn)離電感和SW節(jié)點(diǎn)采用開爾文走線方式接入輸出電容的采樣點(diǎn)。7.4 模擬地平面上的過孔布線在模擬地平面上打過孔是必須的但要注意過孔會在地平面上形成空洞和裂縫。如果過孔太密集地平面的連續(xù)性會變差。信號線換層時(shí)旁邊應(yīng)該有一個(gè)伴隨的接地過孔為回流電流提供低阻抗路徑。這個(gè)習(xí)慣對模擬電路尤其重要因?yàn)榛亓髀窂讲贿B續(xù)時(shí)噪聲會更明顯。8. 層疊選擇與參考平面設(shè)計(jì)純模擬電路該用幾層板這取決于電路復(fù)雜度和性能要求。簡單的傳感器調(diào)理板、單運(yùn)放放大板雙層板完全夠用。雙層板的關(guān)鍵是一層盡量作為完整地平面另一層走信號和電源。信號不要在地平面上大范圍分割如果必須在有信號的層走電源電源線要盡量粗并且不跨越敏感信號區(qū)域。性能要求較高的模擬板卡比如多路采集系統(tǒng)、音頻數(shù)?；旌习蹇ㄍ扑]四層板。四層板的推薦疊層是信號層1 / 地層 / 電源層 / 信號層2。完整的地平面和電源平面大大簡化了回流路徑設(shè)計(jì)信號層1和信號層2都可以走模擬信號線只要注意關(guān)鍵信號不跨越分割區(qū)即可。六層板及以上通常是在板卡規(guī)模較大、層數(shù)需求多時(shí)才用。對純模擬電路而言四層板已經(jīng)能解決絕大多數(shù)問題。層數(shù)增加可以帶來更獨(dú)立的電源和地平面但成本也明顯增加層疊設(shè)計(jì)不對反而容易引入新的問題比如相鄰信號層之間的串?dāng)_。層疊設(shè)計(jì)時(shí)記住兩點(diǎn)相鄰層盡量不要再走高速信號或敏感模擬信號敏感信號層要靠近完整地平面方便回流。9. 純模擬電路走線常見問題與排查方法實(shí)際調(diào)板過程中模擬電路出問題比數(shù)字電路難查得多。下面把最常見的現(xiàn)象和排查思路整理成表格。問題現(xiàn)象可能原因排查思路解決方案輸出信號帶固定頻率干擾電源耦合或地環(huán)路用示波器探頭測運(yùn)放電源引腳看紋波頻率加強(qiáng)去耦檢查地環(huán)路增大模擬/數(shù)字地距離低頻噪聲大地線阻抗過大、單點(diǎn)接地不良測量地各點(diǎn)之間壓差加寬地線采用星型接地或多層完整地平面輸出自激振蕩反饋回路面積過大、寄生電容耦合檢查反饋電阻位置、輸入端走線長度縮短反饋?zhàn)呔€輸入輸出分離適當(dāng)增加反饋電容高阻抗節(jié)點(diǎn)噪聲顯著保護(hù)環(huán)缺失或包地懸空用手靠近電路觀察示波器波形變化增加保護(hù)環(huán)包地線可靠接地電源啟動異常電源線過細(xì)、過孔過多測量電源紋波關(guān)機(jī)檢查走線壓降加寬電源線減少換層增加去耦電容與溫度相關(guān)的輸出漂移熱源離敏感器件太近用熱像儀或手觸摸檢查發(fā)熱區(qū)域調(diào)整布局拉大距離增加通風(fēng)散熱信號串?dāng)_模擬線與數(shù)字線平行過長觀察相鄰走線間距增大間距中間加地線隔離或改為立體交叉采樣精度差采樣參考路徑不正確檢查采樣走線和開爾文布線改造走線用開爾文連接采樣點(diǎn)在排查時(shí)有一個(gè)好用的思路一級一級斷開看波形。從輸入開始先看輸入端有沒有噪聲再看第一級放大輸出逐級檢查確定噪聲是從哪一級引入的。這種方法比盲目改走線有效得多。另一個(gè)排查技巧是看“地”。很多莫名其妙的模擬噪聲問題最后都指向地電位不一致。用示波器探頭夾子接在信號源的地再測被測點(diǎn)的地兩者之間的波形就是地電位差。如果這個(gè)波形有毛刺或周期性干擾優(yōu)先處理地設(shè)計(jì)。10. 從原理圖到PCB的落地檢查清單在開始走線之前和走線完成之后各過一遍下面的檢查清單能減少大量返工。檢查項(xiàng)檢查內(nèi)容通過標(biāo)準(zhǔn)原理圖網(wǎng)絡(luò)確認(rèn)模擬地和數(shù)字地是否清晰命名地網(wǎng)絡(luò)能區(qū)分不混連布局分區(qū)強(qiáng)干擾器件和敏感器件有無足夠距離分區(qū)清晰無交叉信號流方向主信號在板面上是否順向輸入到輸出不繞回頭路去耦電容每顆IC電源引腳附近是否都有小電容電容靠近引腳回路短電源走線寬度是否滿足峰值電流線寬足夠參考1A/1mm經(jīng)驗(yàn)值地平面完整性關(guān)鍵區(qū)域地平面是否完整無大面積割裂無信號線橫穿敏感地反饋環(huán)路運(yùn)放反饋路徑是否短反饋電阻靠近反相輸入端保護(hù)環(huán)/包地高阻節(jié)點(diǎn)是否包地包地可靠接地不過長懸空過孔回流信號換層時(shí)有無伴隨地孔每組關(guān)鍵信號換層都有回流路徑絲印標(biāo)注元件位號、極性標(biāo)識是否齊全清晰可讀無重疊11. 幾個(gè)值得養(yǎng)成的布線習(xí)慣最后說幾個(gè)我在看板和指導(dǎo)布線時(shí)反復(fù)強(qiáng)調(diào)的習(xí)慣不一定寫在教科書里但在實(shí)際工程里很管用。第一個(gè)習(xí)慣先畫電源和地再畫信號。很多初學(xué)者喜歡一開始就去連信號線因?yàn)樾盘柧€的網(wǎng)絡(luò)更多、看起來更有成就感。正確的順序應(yīng)該先把電源路徑和關(guān)鍵地路徑規(guī)劃好確保供電和回流沒問題再處理信號線。信號線即使最后要調(diào)整也不會把電源網(wǎng)絡(luò)帶亂。第二個(gè)習(xí)慣給敏感信號讓路而不是讓敏感信號繞路。布局時(shí)就應(yīng)該給模擬輸入信號線預(yù)留一條“黃金通道”從連接器到第一級放大盡量直、短、不跨越任何干擾器件。如果一開始布局時(shí)沒有預(yù)留后面走線全是在妥協(xié)最后畫出來的板子大概率要調(diào)。第三個(gè)習(xí)慣及時(shí)檢查回流路徑。每次畫完一層走線都問自己一句這條信號換層了嗎它旁邊的回流地孔加了沒如果信號線下面沒有完整的地平面它還能不能保持低噪聲把回流路徑當(dāng)成走線的另一半責(zé)任很多地噪聲問題就能提前避免。第四個(gè)習(xí)慣別迷信蛇形走線。模擬電路里蛇形走線的唯一意義是補(bǔ)償差分對等長或者走線長度確實(shí)需要匹配。普通模擬信號線沒有必要為了“整齊”而繞蛇形繞線只會增加寄生參數(shù)和噪聲收集面積。看到一排排整齊的蛇形走線先問一句它們真的需要等長嗎第五個(gè)習(xí)慣板子回來后先測靜態(tài)再測動態(tài)。上電后不要急著敲信號看輸出。先用萬用表檢查電源對地是否短路再用示波器看各路電源紋波然后看基準(zhǔn)電壓是否正常最后才加輸入信號。靜態(tài)測試過了動態(tài)測試才有的放矢。很多模擬板卡的問題在靜態(tài)測試時(shí)就能發(fā)現(xiàn)比如供電電壓不對、基準(zhǔn)源輸出異常、電源紋波超標(biāo)這些如果不先排查后面很容易把問題歸錯(cuò)地方。純模擬電路走線的核心說到底就是一句話讓關(guān)鍵的信號和電流走一條可控、低噪聲、不受干擾的路。布局時(shí)多想兩分鐘走線時(shí)多檢查一遍回流路徑板子回來后的調(diào)試時(shí)間就能省下好幾個(gè)小時(shí)。這篇文章里的內(nèi)容適合在畫板之前和Layout完成之后各看一遍。如果你正在畫傳感器調(diào)理板、音頻板、電源控制板或者運(yùn)放放大電路最關(guān)鍵的一步是先按第3節(jié)的思路做一次徹底的分區(qū)布局再動手走線。