高效PCB分区规则助力EMC性能提升
EMC（电磁兼容性）是指电子设备在同一电磁环境中能够正常实现各自功能的共存状态。简单来说，EMC使电子设备能够独立、正常地工作，互不干扰，即这些设备在整个系统中相互兼容。由于EMC是通过控制EMI（电磁干扰）来实现的，因此它伴随着一系列关于EMI的研究而发展，包括EMI介绍、EMI研究、抗EMI解决方案和EMI管理。
EMC的基本原则
要减少数字信号与模拟信号之间的干扰，首先需要了解EMC的两大基本原则：
原则1：电路回路面积应最小化。
原则2：系统中只能使用单一参考平面。
一旦违背原则1，信号经过大面积回路，就会形成大环路天线；一旦违背原则2，存在两个参考平面，就会形成偶极子天线。这两种结果都是不期望的。
混合信号PCB分区规则与应用
通常建议在同一混合信号板上将数字地与模拟地分离，以实现二者隔离。尽管该方案可行，但在大型系统中会出现许多潜在问题。关键问题在于：走线无法跨越数字地与模拟地的分割建立。如果强行跨越分割布线，电磁辐射和信号串扰都会急剧上升。PCB设计中最常见的问题，就是信号线跨越分割的地或电源平面导致EMI。
采用这种分割方法时，信号线必须跨越数字地与模拟地的分割。那么信号回流路径是什么样的？假设两个分割地在一点连接，此时地回路将形成大环路。高频电流流经大环路会产生大电容和辐射；若低电平模拟电流流经大环路，极易受外部信号干扰。最坏的情况是分割地与电源相连，会形成极大回路。此外，若模拟地与数字地通过长导线连接，将形成偶极子天线。因此，工程师必须了解混合信号PCB设计优化中回流电路的路径和方式。然而，许多工程师只关注信号电流的流向，而忽略了电流的具体回流路径。如果必须分割地平面且必须跨越分割布线，可先在两个分割地之间实施单点连接，形成桥接，为每根信号线提供直流回流路径，形成小面积回路，如图2所示。
使用光隔离器件或变压器也可让信号跨越分割。光隔离器件利用光信号跨越分割；变压器利用磁场跨越分割。另一种可行方法是采用差分信号：信号从一根线流入，从另一根线返回，此时不需要地作为回流路径。
分割分区适用于以下三种情况：
情况1：某些医疗设备要求连接患者的电路与系统之间漏电流极低。
情况2：某些工业过程控制设备的输入可能连接高噪声、大功率的机电设备。
情况3：PCB布局受到特定限制。
混合信号PCB上通常具有独立的数字和模拟电源，分割电源平面可以且应该采用。但紧邻电源平面的信号线不得跨越电源分割，所有跨越该分割的信号线必须靠近大面积导体平面。某些情况下，将模拟电源设计为PCB连接导线而非平面，可避免电源平面分割问题。
混合信号PCB地平面布局方法与应用
要探讨数字信号对模拟信号的干扰，首先要理解高频电流的特性。高频电流总是沿阻抗最小（电感最低）的路径流动，紧贴在信号正下方。因此，回流电流会流经相邻的电源平面或地平面，无论它是电源层还是地层。实际操作中，通常使用地平面，将电路板划分为模拟区和数字区。模拟信号布局在所有层的模拟区域，数字信号布局在数字电路区域。这样，数字信号回流电流就不会流入模拟信号地。只要数字信号不布局在模拟区上方，模拟信号不布局在数字区上方，数字信号对模拟信号的干扰就不会产生。
此类问题的出现并非源于缺乏分割地，而是数字信号布局不当。在PCB设计中，地平面应用、数字/模拟电路分区和合理的信号布局通常能解决棘手的布局分区问题，同时避免分割地带来的潜在问题。因此，元件布局和分区成为决定PCB设计质量的关键因素。如果布局分区得当，数字地电流将被限制在电路板的数字区域，模拟信号免受干扰。此类布局必须仔细检查，确保完全符合布局规则。否则，即使只有一根信号线布局不当，也可能导致整块电路板失效。
当A/D转换器的模拟地和数字地引脚连接在一起时，大多数A/D转换器制造商建议通过最短导线将AGND和DGND引脚连接到同一低阻抗地。因为大多数A/D转换器IC内部这两个引脚是不连通的，任何连接在DGND上的外部阻抗都会通过寄生电容将更多数字噪声耦合到IC内部的模拟电路。因此，A/D转换器的AGND和DGND引脚都应接在模拟地上。但这引出一个问题：数字信号去耦电容的接地端应连接模拟地还是数字地？
对于单个A/D转换器的系统，该问题易于解决。分割地后，在A/D转换器下方连接模拟地区域和数字地区域。使用此方法时，两地之间的桥接宽度应与IC相当，且任何信号线不得跨越分割。
对于包含多个A/D转换器（如10个）的系统，该如何连接？若沿用上述方案——在每个A/D转换器下连接模拟地和数字地，将导致多点连接，使模拟地与数字地的隔离失去意义。若不这样连接，又无法满足厂商要求。最佳方案是采用统一地平面，将其划分为模拟区和数字区。这种布局既满足IC厂商对模数地低阻抗连接的要求，又避免了环路天线或偶极子天线等EMC问题。
如果工程师对统一地平面在PCB设计中的应用存疑，可采用地平面分割法设计。设计过程中，预留小于0.5英寸的跳线或0欧姆电阻连接分割地。必须高度重视分区和布局，确保无数字信号线置于模拟区上方，反之亦然。此外，任何信号线严禁跨越地分割或电源隔离分割。测试PCB功能及EMC时，用0欧姆电阻或跳线连接两地，再重新测试功能和EMC。结果对比表明，在所有情况下，统一地方案在功能和EMC性能上均优于分割地方案。
混合信号PCB设计是一个复杂过程。PCB应划分为独立的模拟区和数字区，A/D转换器跨区放置。为分离模数电源，隔离电源平面间的分割不应被跨越，必须跨越的信号线应布置在靠近大面积导体层的布线层。应分析回流电流的流向和路径，遵循合理的元件布局和正确的布线规则。在电路板的所有层中，数字信号只能布局在数字区，模拟信号只能布局在模拟区。
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