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技術(shù)專(zhuān)題
數(shù)字電路設(shè)計(jì)與模擬電路設(shè)計(jì)的區(qū)別
數(shù)字電路設(shè)計(jì)與模擬電路設(shè)計(jì)的區(qū)別有許多，這里簡(jiǎn)單介紹一下，希望給你啟發(fā)：
我們中的某些人渴望在數(shù)字電路設(shè)計(jì)和模擬電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域中都能完成所有工作的簡(jiǎn)單時(shí)期。如今，您無(wú)法擺脫在復(fù)雜的電子產(chǎn)品中運(yùn)行純數(shù)字或模擬系統(tǒng)的麻煩。混合信號(hào)PCB是很普遍的做法，使得舊的布局策略已過(guò)時(shí)。
我們生活在一個(gè)非線性的模擬世界中，事物在紙上才真正變成數(shù)字或線性的。模擬電路設(shè)計(jì)和數(shù)字電路設(shè)計(jì)之間的差異始于信號(hào)波形，而并非始于正確的布局選擇。使用正確的布局策略可以幫助確保來(lái)自模擬和數(shù)字集成電路（IC）的信號(hào)保持干凈并且不會(huì)互相干擾。
線性與非線性IC
模擬IC有線性和非線性?xún)煞N。模擬線性IC的輸出信號(hào)將與輸入信號(hào)成比例。換句話說(shuō)，如果將輸出信號(hào)與輸入信號(hào)作圖，則與它們相關(guān)的曲線將是一條直線。非線性模擬IC并非如此。信號(hào)輸出的曲線將不是直線。這些IC的輸出信號(hào)通常在高輸入電壓下表現(xiàn)出飽和。
呈現(xiàn)非線性輸出的電路元件的兩個(gè)常見(jiàn)示例是晶體管和二極管。二極管的輸出是輸入電壓的指數(shù)函數(shù)。對(duì)于晶體管，輸出信號(hào)最初在低輸入電壓下是線性的，但是一旦輸入電壓足夠大，輸出很快就會(huì)飽和到恒定輸出。
非線性模擬IC可以在時(shí)間上表現(xiàn)出非線性響應(yīng)，同時(shí)在輸出信號(hào)中仍然表現(xiàn)出線性響應(yīng)。這意味著非線性效應(yīng)的產(chǎn)生取決于輸入頻率，而不是輸入電壓。一種非線性地作用于輸入交流信號(hào)的常見(jiàn)模擬集成電路是放大器電路。放大器電路的壓擺率（即每單位時(shí)間的最大輸出電壓變化）將限制其響應(yīng)速度。如果將高頻率正弦波形輸入到具有低擺率的放大器，則當(dāng)響應(yīng)率飽和到擺率時(shí)，輸出將類(lèi)似于三角波。
大多數(shù)帶有非線性元件的電路都不容易進(jìn)行分析檢查，這意味著必須以數(shù)字方式計(jì)算電路中的電流和電壓。無(wú)論您使用的是模擬IC還是數(shù)字IC（或同時(shí)使用這兩者），出色的仿真套件都可以幫助您建模和驗(yàn)證設(shè)備的功能。
噪聲及其對(duì)您的PCB布局的意義
不幸的是，與模擬IC相比，數(shù)字IC是令人生厭的動(dòng)物。對(duì)于具有給定開(kāi)關(guān)頻率的數(shù)字信號(hào)，與具有相同頻率和幅度的模擬信號(hào)相比，功率譜會(huì)將功率集中在更多的頻率上。加上數(shù)字電路中的眾多噪聲源，模擬和數(shù)字集成電路中的噪聲系數(shù)可能會(huì)更高。
根據(jù)IC中電路元件的混合方式，模擬IC的輸出信號(hào)可能會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)烈的非線性。同時(shí)，數(shù)字IC從定義上說(shuō)是非線性的，邏輯處理電路實(shí)際上是分段非線性的。因?yàn)樵谌魏涡盘?hào)中都不可避免地會(huì)產(chǎn)生噪聲，所以這些電路元件對(duì)噪聲的響應(yīng)方式取決于輸入和輸出信號(hào)之間的關(guān)系（稱(chēng)為傳遞函數(shù)）。
無(wú)論您使用數(shù)字IC還是模擬IC，都應(yīng)始終使用最佳實(shí)踐來(lái)抑制輻射和傳導(dǎo)EMI，串?dāng)_和信號(hào)反射。您無(wú)法通過(guò)過(guò)濾完全消除白噪聲。例如，如果要使用帶通濾波器消除正弦信號(hào)中的白噪聲，則只能濾除遠(yuǎn)離帶中心的頻率處的噪聲。使用久經(jīng)考驗(yàn)的布局實(shí)踐可以幫助您將噪聲水平降低到極低的水平，以至于無(wú)法測(cè)量。
模擬，數(shù)字和混合信號(hào)布局
在同一塊PCB上使用模擬和數(shù)字IC時(shí)，需要將電路板分成模擬和數(shù)字功能塊。電路板的模擬部分應(yīng)放置在模擬接地層上，同時(shí)保持PCB接地之間的隔離。數(shù)字IC同樣如此：它們應(yīng)放置在自己的接地板上。每種類(lèi)型的組件都只能在其自己的接地平面上布線。單個(gè)接地層可以在仍然連接的情況下分成數(shù)字部分和模擬部分。連接這兩個(gè)平面的最佳位置是在電源附近。一個(gè)平面中感應(yīng)的噪聲將被它們之間的高阻抗返回路徑阻止進(jìn)入另一平面。將防止一個(gè)平面中的噪聲信號(hào)進(jìn)入模擬平面并將噪聲耦合回模擬信號(hào)，反之亦然。取而代之的是，在任何一個(gè)區(qū)域中感應(yīng)出的噪聲都必須遵循電抗最小的路徑，回到連接的區(qū)域，最后回到電源。
布局中數(shù)字和模擬接地平面部分之間的分隔距離也很重要。即使兩個(gè)接地平面是平坦的，它們?nèi)詴?huì)電容耦合，因此一個(gè)部分中的噪聲仍可以耦合到另一部分中。通常，如果空間允許，您應(yīng)該選擇更大的間距，因?yàn)檫@樣會(huì)減小等效電容，從而增加接地層之間的等效阻抗。
您的模擬和數(shù)字組件可以和諧相處
如果使用混合信號(hào)IC，則會(huì)遇到問(wèn)題，因?yàn)槟枰獙⑺鼈兺瑫r(shí)放在模擬和數(shù)字接地部分。較舊的IC并未將混合信號(hào)IC上的模擬和數(shù)字引腳完全分離到雙列直插式封裝（DIP）的每一側(cè)。值得慶幸的是，較新的IC以此方式將引腳分開(kāi)，從而使您可以將IC安裝在兩個(gè)接地平面上。在這種情況下，封裝的大小將限制接地平面之間的距離。最好的PCB設(shè)計(jì)軟件包使處理模擬，數(shù)字或混合信號(hào)板變得容易。如果您的設(shè)計(jì)包包含仿真功能，則您將能夠評(píng)估設(shè)計(jì)中的潛在噪聲問(wèn)題，并在電路板下線之前解決這些問(wèn)題。