PCB布线设计经验谈-模拟和数字布线的异同

数字电路比模拟电路的优点数字电路比模拟电路的优点1、数字电路结构简单模拟电路处理模拟量是通过电路的结构完成，要解决干扰、失真等等问题，结构复杂，调试也困难。

而数字电路处理模拟量是通过程序完成，只要编程就可以解决这些问题，结构简单，调试方便。

2、数字电路容易标准化不同的信号如果要求不同，目的不同，模拟电路结构就不同，必须改变电路结构，重新制板。

而数字电路则可以在不改变电路结构的情况下，或者仅增加一些标准的辅助处理单元，通过改变程序来适用要求与目的变化。

对于多数量、多种类的信号处理，数字电路的这些优点更为突出。

标准化的最大好处就是成本急剧的下降，构建电路的时间大为缩短。

3、数字电路能够满足对信号保真度的要求现实应用中模拟量的保真度的要求是有一定限度的。

比如电视机，原先的模拟电视机可以将图像信号的保真度做的很高，而现在的液晶电视机看上去也“一样”很清晰，原因不是数字电视的保真度与模拟电视机的一样，而是人的眼睛所能分辨的保真度到了极限，已经看不出二者的差别，感觉足够清晰了。

模拟电路模拟电路是指用来对模拟信号进行传输、变换、处理、放大、测量和显示等工作的电路。

模拟信号是指连续变化的电信号。

模拟电路是电子电路的基础，它主要包括放大电路、信号运算和处理电路、振荡电路、调制和解调电路及电源等。

数字电路用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。

由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。

现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。

逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。

存储器是用来存储二进制数据的数字电路。

从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

电路设计为什么要分数字地和模拟地？如何对模拟地与数字地隔离？ 做过电路设计的同学都会知道，电路设计中对于数字地，模拟地和电源地的区分在某些应⽤中要求是⼗分严格的。

有的同学就会不明⽩：那么这些地有什么区别呢，为什么要区分这些地呢？ ⾸先要明确数字（DIGTAL）和模拟（ANALOG）的概念。

所谓数字，即0和1、真（TRUE）和假（FALSE）、低（LOW）和⾼（HIGH）。

也就是说在数字电路⾥，1代表着⾼电平，0代表着低电平在不同的数字电路中，这些⾼电平代表的范围也不同。

现在我们参考常⽤的TTL电平，在TTL电平中+5V代表⾼电平即1，0V代表低电平即0。

但是实际中⾼低电平是有⼀个范围的，例如0~0.8V都是低电平，当这个范围内的电压输⼊到数字器件⾥，⽐如我输⼊0.2V就会被识别为低电平，⾼电平也是同理。

通过这个例⼦可以看出来数字电路对于噪声是有⼀定的容忍能⼒的。

所谓模拟，就是线性的量，只要是线性变化的就可以看做是模拟量。

例如电压、电流就是典型的模拟量。

很多模拟器件输出都是电压。

模拟量不同于数字，它对于噪声是零容忍，对于模拟量来说，噪声越低越好，对于数字量⽽⾔0.2V的噪声可能不会带来什么影响，但是对于模拟量来说，0.2V的噪声就会对结果造成⼗分巨⼤的误差。

例如我使⽤STM32的ADC来读取光强传感器的数值，STM32ADC的读取范围是0~3.3V，假设本来我读出来的光强转换为电压为0.4V，这个时候来⼀个0.2V的噪声，就变成了0.2V或者0.6V，相⽐0.4V来说就产⽣了50%的误差，最终我转换出来的光强值就相差了50%。

从这个例字就可以看出来，模拟量对噪声是不可容忍的。

既然明⽩了模拟和数字，那么为什么他们要隔离呢？既然都知道数字是⽆数的0和1组成的，那么也以将数字量看成⽆数脉冲。

根据信号与系统中学习的傅⾥叶变换，这些脉冲是可以分解成⽆数频率不同的正弦/余弦曲线的，也就是噪声。

如果将数字地与模拟地直接相连，这些噪声将会进⼊模拟端，对模拟量产⽣影响。

各种地,电源地,信号地,模拟地,数字地，来聊聊关注获精品今日精选'GOOD从参考电平的角度看，都是同一个地，最终都要接到一起获得相同的参考电位。

对于地的分开，主要是从布线的角度看的。

减少不同电路之间地的干扰。

电源的地不能看成模拟地，信号地也不能看成数字地。

因为电源有给模拟电路供电的，有给数字电路供电的。

信号有数字信号和模拟信号。

主要是根据电路的性能来分割地，对于数字信号3.3v电路，2。

5V电路和5V电路的地也可能有分开的需要。

即使是同一个供电的数字电路，有时候也有布线的要求，例如大电流的IO部分的地，可能需要单独处理。

大地一般指机壳，这个部分有ESD和屏蔽的需要的。

有些时候电路地通过一个1M电阻同外壳相连，有时候直接连接。

要根据应用和ESD的要求来处理。

总之，地的逻辑连接特性和PCB上的物理特性是要区分来看的。

理论上讲地是0电压的，但是在实际PCBA上地是有很多噪声和反弹的。

关于接地：数字地、模拟地、信号地、交流地、直流地、屏蔽地、浮地除了正确进行接地设计、安装,还要正确进行各种不同信号的接地处理。

控制系统中，大致有以下几种地线：（1）数字地：也叫逻辑地，是各种开关量（数字量）信号的零电位。

（2）模拟地：是各种模拟量信号的零电位。

（3）信号地：通常为传感器的地。

（4）交流地：交流供电电源的地线，这种地通常是产生噪声的地。

（5）直流地：直流供电电源的地。

（6）屏蔽地：也叫机壳地，为防止静电感应和磁场感应而设。

以上这些地线处理是系统设计、安装、调试中的一个重要问题。

下面就接地问题提出一些看法：（1）控制系统宜采用一点接地。

一般情况下,高频电路应就近多点接地，低频电路应一点接地。

在低频电路中，布线和元件间的电感并不是什么大问题，然而接地形成的环路的干扰影响很大，因此，常以一点作为接地点；但一点接地不适用于高频，因为高频时，地线上具有电感因而增加了地线阻抗，同时各地线之间又产生电感耦合。

一般来说，频率在1MHz以下,可用一点接地；高于10MHz时，采用多点接地；在1～10MHz之间可用一点接地，也可用多点接地。

为什么数字地和模拟地要分开在做简单电路时，是可以不用分开的。

但为什么大家都说要把他们分开接呢？其实本质是对的，就是数字地，模拟地都是地，并不是他们俩头上长角，十分的怪异，要明白为什么要分开，先听我说一个故事我们公司所在的商务楼共有3楼，2楼是搞模拟的，3楼是做数字的，整幢楼只有一部电梯，平时人少的时候还好办，上2楼，上3楼互不影像，但每天早上上下班的时候就不得了了，人多得很，搞数字的要上3楼，总是被2楼的模拟影响，2楼模拟的人要下楼，总是要等电梯上了3楼，再下来，互相影响很是麻烦，商务楼的物业为解决这个问题，提出了2个方案，第1个（笑死人了）电梯扩大，可以装更多的人，电梯大了是好，但公司会招人，人又多了，再换电梯，再招人...永远死循环，有一个办法到挺好，大家索性不要电梯，直接往下跳，不管2楼的，3楼的，肯定解决问题，但肯定会出问题（第1个被枪毙掉了）第2个装2部电梯，一部专门上2楼，另一部专门上3楼WondeRFul!太机智了，这样2层楼面的工作人员就互不影响了。

End明白了否？数字地，模拟地互相会影响不是因为一个叫数字，一个叫模拟，而是他们用了同一部电梯--地，而这部电梯所用的井道就是我们在PCB上布得地线。

模拟回路的电流走这条线，数字回路的电流也走这条线，本来无可厚非，线布着就是用来导通电流的，可问题处在这根线上有电阻！而且最根本的问题是走这条线的电流要去2个不同的回路。

假设一下，有2股电流，数流，模流同时从地出发。

有2个器件，数件，模件。

若2个回路不分开，数流，模流回走到数件的接地端前的时候，损耗的电压为vv=（数流+模流）x走线电阻相当于数字器件的接地端相对于地端升高了v数字器件不满意了，我承认会升高少许电压，数流的那部分我认了，但模流的为什么要加在我头上？同理模拟器件也会同样抱怨2个解决方案第1个：你布的PCB线没有阻抗，自然不会引起干扰，就像2、3楼直接往下跳，那是井道最宽的时候，也就是可以装一个无限大的电梯，自然谁都不影响谁，但谁都知道，this ismission impossible第2个：2条回路分开走，数流，模流分开，既数地、模地分开。

模拟电路和数字电路的不同点，你知道吗？你知道模拟电路和数字电路的不同点吗?在电源电子这个行业，不管搞什么技术，都躲不开两个基本电路，那就是模拟电路和数字电路。

今天，我们来详细了解一下这两个电路的基本知识。

一、模拟电路与数字电路的定义及特点● 模拟电路(电子电路)模拟信号：处理模拟信号的电子电路。

“模拟”二字主要指电压(或电流)对于真实信号成比例的再现。

其主要特点是：1、函数的取值为无限多个;2、当图像信息和声音信息改变时，信号的波形也改变，即模拟信号待传播的信息包含在它的波形之中(信息变化规律直接反映在模拟信号的幅度、频率和相位的变化上)。

3、初级模拟电路主要解决两个大的方面：①放大、②信号源。

4、模拟信号具有连续性。

● 数字电路数字信号：用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路或数字系统。

由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。

其主要特点是：1、同时具有算术运算和逻辑运算功能。

数字电路是以二进制逻辑代数为数学基础，使用二进制数字信号，既能进行算术运算又能方便地进行逻辑运算(与、或、非、判断、比较、处理等)，因此极其适合于运算、比较、存储、传输、控制、决策等应用。

2、实现简单，系统可靠。

以二进制作为基础的数字逻辑电路，可靠性较强。

电源电压的小的波动对其没有影响，温度和工艺偏差对其工作的可靠性影响也比模拟电路小得多。

3、集成度高，功能实现容易。

集成度高，体积小，功耗低是数字电路突出的优点之一。

电路的设计、维修、维护灵活方便，随着集成电路技术的高速发展，数字逻辑电路的集成度越来越高，集成电路块的功能随着小规模集成电路(SSI)、中规模集成电路(MSI)、大规模集成电路(LSI)、超大规模集成电路(VLSI)的发展也从元件级、器件级、部件级、板卡级上升到系统级。

电路的设计组成只需采用一些标准的集成电路块单元连接而成。

对于非标准的特殊电路还可以使用可编程序逻辑阵列电路，通过编程的方法实现任意的逻辑功能。

几幅图教你区分数字地、模拟地、电源地，单点接地
我们在进行pcb布线时总会面临一块板上有两种、三种地的情况，傻瓜式的做法当然是不管三七二十一，只要是地，就整块敷铜了。

这种对于低速板或者对干扰不敏感的板子来讲还是没问题的，否则可能导致板子就没法正常工作了。

当然若碰到一块板子上有多种地时，即使板子没什么要求，但从做事严谨认真的角度来讲，咱们也还是有必要采用本文即将讲到的方法去布线，以将整个系统最优化，使其性能发挥到极致!当然关于这些地的一些基础概念、为什么要将它们分开，本文就不讲了，不懂的同学自己查哈!
一、对于板子上有数字地、模拟地、电源地这种情况：
从这个图可以看出：模拟地和数字地是完全分开的，最后都单点接到了电源地，这样可以防止地信号的相互串扰而影响某些敏感元件，众所周知数字元件对干扰的容忍度要强于模拟元件，而数字地上的噪声一般比较大所以将它们的地分开就可以降低这种影响了。

还有单点接地的位置应该尽量靠近板子电源地的入口(起始位置)，这样利用电流总是按最短路径流回的原理可将干扰降到最小。

二、对于板子上只有数字地、电源地这种情况：
从此图可以看出：只在电源地和数字地之间用一个0欧电阻或磁珠之类的单点接地就行了，同样单点接地的位置应该尽量靠近板子电源地的入口(起始位置)。

三、展示一些第二种情况的pcb系统
1、地线分区
2、0欧电阻单点接地
3、板子正面图
- END -。

模拟电路与数字电路PCB设计的区别更新于2011-01-1800:31:53 文章出处:华大九天冯小辉PCB 布线数字模拟本文就旁路电容、电源、地线设计、电压误差和由PCB布线引起的电磁干扰(EMI)等几个方面，讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别。

工程领域中的数字设计人员和数字电路板设计专家在不断增加，这反映了行业的发展趋势。

尽管对数字设计的重视带来了电子产品的重大发展，但仍然存在，而且还会一直存在一部分与模拟或现实环境接口的电路设计。

模拟和数字领域的布线策略有一些类似之处，但要获得更好的结果时，由于其布线策略不同，简单电路布线设计就不再是最优方案了。

本文就旁路电容、电源、地线设计、电压误差和由PCB布线引起的电磁干扰(EMI)等几个方面，讨论模拟和数字布线的基本相似之处及差别。

模拟和数字布线策略的相似之处旁路或去耦电容在布线时，模拟器件和数字器件都需要这些类型的电容，都需要靠近其电源引脚连接一个电容，此电容值通常为0.1mF。

系统供电电源侧需要另一类电容，通常此电容值大约为10mF。

这些电容的位置如图1所示。

电容取值范围为推荐值的1/10至10倍之间。

但引脚须较短，且要尽量靠近器件(对于0.1mF电容)或供电电源(对于10mF电容)。

在电路板上加旁路或去耦电容，以及这些电容在板上的位置，对于数字和模拟设计来说都属于常识。

但有趣的是，其原因却有所不同。

在模拟布线设计中，旁路电容通常用于旁路电源上的高频信号，如果不加旁路电容，这些高频信号可能通过电源引脚进入敏感的模拟芯片。

一般来说，这些高频信号的频率超出模拟器件抑制高频信号的能力。

如果在模拟电路中不使用旁路电容的话，就可能在信号路径上引入噪声，更严重的情况甚至会引起振动。

图1 在模拟和数字PCB设计中，旁路或去耦电容(1mF)应尽量靠近器件放置。

供电电源去耦电容(10mF)应放置在电路板的电源线入口处。

所有情况下，这些电容的引脚都应较短图2 在此电路板上，使用不同的路线来布电源线和地线，由于这种不恰当的配合，电路板的电子元器件和线路受电磁干扰的可能性比较大图3 在此单面板中，到电路板上器件的电源线和地线彼此靠近。

数字电路和模拟电路的区别
随处可见的自然信号都是模拟信号，模拟信号在时间上和取值上都是连续的，画出来就是一条连续的曲线，可以完全地“模拟”自然信号。

数字信号在时间上和取值上都是不连续的。

数字信号存在“采样”，数字信号的值只能在采样点变化。

数字信号存在“量化”，数字电路中使用的数字信号一般只能取0和1。

简单说处理模拟信号的电路，就是模拟电路；处理数字信号的电路，就是数字电路。

同时处理模拟和数字信号的电路，比如数模转换器、数控振荡器被称为数模混合电路，但是要强行二分归类的话一般归入模拟电路。

至于用什么原件搭的并不是重点。

MOSFET、BJT 甚至真空电子管，都是既可以搭数字电路，又可以搭模拟电路。

集成电路里更是把模拟电路和数字电路集成在同一块芯片上，它们使用的原件基本是一样的。

常见的电路里一般绝大多数都是数字电路，因为大规模数字电路设计起来比大规模模拟电路容易太多了，所以模拟电路计算机很早就被淘汰了。

现在的模拟电路一般集中在输入输出和电源模块上，比如无线/有线收发机、时钟生成电路、带隙基准源等。

而运算电路基本全部由数字电路完成。

PCB布线设计（一）Microchip公司/BonnieC.Baker在当今激烈竞争的电池供电市场中，由于成本指标限制，设计人员常常使用双面板。

尽管多层板(4层、6层及8层)方案在尺寸、噪声和性能方面具有明显优势，成本压力却促使工程师们重新考虑其布线策略，采用双面板。

在本文中，我们将讨论自动布线功能的正确使用和错误使用，有无地平面时电流回路的设计策略，以及对双面板元件布局的建议。

自动布线的优缺点以及模拟电路布线的注意事项设计PCB时，往往很想使用自动布线。

通常，纯数字的电路板(尤其信号电平比较低，电路密度比较小时)采用自动布线是没有问题的。

但是，在设计模拟、混合信号或高速电路板时，如果采用布线软件的自动布线工具，可能会出现一些问题，甚至很可能带来严重的电路性能问题。

例如，图1中显示了一个采用自动布线设计的双面板的顶层。

此双面板的底层如图2所示，这些布线层的电路原理图如图3a和图3b所示。

设计此混合信号电路板时，经仔细考虑，将器件手工放在板上，以便将数字和模拟器件分开放置。

采用这种布线方案时，有几个方面需要注意，但最麻烦的是接地。

如果在顶层布地线，则顶层的器件都通过走线接地。

器件还在底层接地，顶层和底层的地线通过电路板最右侧的过孔连接。

当检查这种布线策略时，首先发现的弊端是存在多个地环路。

另外，还会发现底层的地线返回路径被水平信号线隔断了。

这种接地方案的可取之处是，模拟器件(12位A/D转换器MCP3202和2.5V参考电压源MCP4125)放在电路板的最右侧，这种布局确保了这些模拟芯片下面不会有数字地信号经过。

图3a和图3b所示电路的手工布线如图4、图5所示。

在手工布线时，为确保正确实现电路，需要遵循一些通用的设计准则：尽量采用地平面作为电流回路；将模拟地平面和数字地平面分开；如果地平面被信号走线隔断，为降低对地电流回路的干扰，应使信号走线与地平面垂直；模拟电路尽量靠近电路板边缘放置，数字电路尽量靠近电源连接端放置，这样做可以降低由数字开关引起的di/dt效应。

有时候一个电路中既有数字电路又有模拟电路，这个时候画PCB的时候要注意区分这两个地，必要的时候要分离开来画PCB地线，但最终需要用0欧姆电阻连接起来，主要原因是让电路避免不必要的信号干扰这是非常important！！！可以这么说电路中的一切干扰均由于地线干扰。

听我一一道来：1：理论上我们一般认为只要是个地线电位就是0了，这是理论2：真实情况是什么样的呢：从电源地开始后面都是负载，可以说电源地才是真的地，我们经常将一处电路的地经过一个导线接到电源地上，但是不可否认中间是有一段铜线的，这段铜线我们一般认为电阻为0，其实不然，理论是铜线越细越长电阻越大，所以到你电路上的真实地有可能都是0.3V了（注意：这只是打比方），在模拟电路中有时候只是电压高低而已，如果这个电平继续扩大，在数字电路中就危险了，有可能进来的是低电平，经过这个提压已经变成了高电平，造成信号不能正确识别。

3：所谓的数字地和模拟地只是概念，只要你能保证地的电平为真实的0V，其实数字模拟地都一样，但是印制PCB的时候我们为了避免不必要的麻烦，或者让数字电路和模拟电路都有一个统一的电平地，故意区分开来，避免电路信号干扰4：也许你想知道的只是：可以！两个都接到一起然后接到电源地就OK。

Do you understand?追问那要怎么保证真实地为0V呢？谢谢回答严格意义上没有真实0V，你要明白电压永远都是相对值。

但是我们可以假设电源输入的地就是0V，我们能发挥主动性的部分就是电路设计，比如加大电线的宽度，覆铜等等，或者数字地尽量做到一起保证大家都是同一个电位，我们能做到的就是这个，因为你的板子上面永远是一个压差。

如果您想仔细理解，还需要多看模电和电工理论知识，做一个电路也会理解更多。

这个问题的扩展：电源地是哪里来的？欢迎你继续深入学习，祝您学业有成。