使用高速转换器时,有哪些重要的PCB布局布线规则?

问题:

使用高速转换器时,有哪些重要的PCB布局布线规则?(第4部分)

RAQ:  Issue 78

答案:

本系列的第一部分讨论了为什么AGND和DGND接地层未必一定分离,除非设计的具体情况要求您必须这么做。第二部分讨论了电源系统(PDS)的设计, 以及电源层和接地层挤压在一起如何能提供额外的电容。第三部分讨论了如何通过巧妙的裸露焊盘(E-Pad)设计实现信号链设计的最佳性能和散热效果。第四部分将讨论PCB中各层面之间交叉耦合的问题,这点是不容忽视的。

在PCB设计中,一些高速转换器的布局布线不可避免地会出现一个电路层与另一个交叠的情况。某些情况下,敏感的模拟层(电源、接地或信号)可能就在高噪声数字层的正上方。大多数设计人员认为这无关紧要,因为这些层面位于不同的层。是否如此呢?我们来看一个简单的测试。

选择相邻层中的一层,并在该层面注入信号。然后,将交叉耦合层连接到一个频谱 分析仪。可以看到,耦合到相邻层的信号非常多。即使间距40密尔,某种意义上相邻 层仍会形成一个电容,因此在某些频率下,信号仍会从一个层耦合到另一个层。

假设某层上的高噪声数字部分具有高速开关的1V信号,层间隔离为60dB时,非受驱层将看到从受驱层耦合而来的1mV信号。对于2Vp-p满量程摆幅的12位模数转换器 (ADC)而言,这意味着2LSB(最低有效位)的耦合。对于特定的系统,这可能不成问题, 但应注意,当分辨率从12位提高到14位时,灵敏度会提高四倍,因而误差将增大到8LSB。

忽略交叉面/交叉层耦合可能不会导致系统设计失败,或者削弱设计,但必须保持警惕,因为两个层面之间的耦合可能比想象的要多。

在目标频谱内发现噪声杂散耦合时,应注意这一点。有时候,布局布线会导致非预期 信号或层交叉耦合至不同层。调试敏感系统时请记住这一点:问题可能出在下面一层。

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作者

Rob Reeder

Rob Reeder

Rob Reeder是ADI公司高速转换器和RF应用部(美国北卡罗来纳州格林斯博罗)的高级系统应用工程师。他发表了大量有关各种应用的转换器接口、转换器测试和模拟信号链设计的文章。Rob曾在航空航天和防务部担任应用工程师5年之久,专注于雷达、EW和仪器仪表等各种应用领域。他曾在高速转换器产品线上任职9年。在此之前,Rob还从事过测试开发和模拟设计工作(效力于ADI多芯片产品集团),拥有5年的太空、防务和高度可靠的应用模拟信号链模块设计经验。Rob于1996年和1998年分别获得北伊利诺斯州大学(伊利诺斯迪卡尔布市)的电子工程学士(BSEE)学位和电子工程硕士(MSEE)学位。Rob晚上不写论文或在实验室研究电路时,他喜欢在健身房活动、听电子音乐、用旧木板制作家具;最重要的是和他的两个孩子一起放松自己。