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模拟电路和数字电路PCB设计的区别
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0.1uF。系统供电电源侧需要另一类电容，通常此电容值大约为10uF。
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0.1uF电容)或供电电源(对于10uF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(0.1uF)应尽量靠近器件放置。供电电源去耦电容(10uF)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。此电路板中电源线和地线的配合比图2中恰当。电路板中电子元器件和线路受电磁干扰(EMI)的可能性降低了679/12.8倍或约54倍
对于控制器和处理器这样的数字器件，同样需要去耦电容，但原因不同。这些电容的一个功能是用作&微型&电荷库。在数字电路中，执行门状态的切换通常需要很大的电流。由于开关时芯片上产生开关瞬态电流并流经电路板，有额外的&备用&电荷是有利的。如果执行开关动作时没有足够的电荷，会造成电源电压发生很大变化。电压变化太大，会导致数字信号电平进入不确定状态，并很可能引起数字器件中的状态机错误运行。流经电路板走线的开关电流将引起电压发生变化，电路板走线存在寄生电感，可采用如下公式计算电压的变化：V = LdI/dt
其中，V = 电压的变化;L = 电路板走线感抗;dI = 流经走线的电流变化;dt =电流变化的时间。
因此，基于多种原因，在供电电源处或有源器件的电源引脚处施加旁路(或去耦)电容是较好的做法。
电源线和地线要布在一起
电源线和地线的位置良好配合，可以降低电磁干扰的可能性。如果电源线和地线配合不当，会设计出系统环路，并很可能会产生噪声。电源线和地线配合不当的PCB设计示例如图2所示。
此电路板上，设计出的环路面积为697cm2。采用图3所示的方法，电路板上或电路板外的辐射噪声在环路中感应电压的可能性可大为降低。
模拟和数字领域布线策略的不同之处
地平面是个难题
电路板布线的基本知识既适用于模拟电路，也适用于数字电路。一个基本的经验准则是使用不间断的地平面，这一常识降低了数字电路中的dI/dt(电流随时间的变化)效应，这一效应会改变地的电势并会使噪声进入模拟电路。数字和模拟电路的布线技巧基本相同，但有一点除外。对于模拟电路，还有另外一点需要注意，就是要将数字信号线和地平面中的回路尽量远离模拟电路。这一点可以通过如下做法来实现：将模拟地平面单独连接到系统地连接端，或者将模拟电路放置在电路板的最远端，也就是线路的末端。这样做是为了保持信号路径所受到的外部干扰最小。对于数字电路就不需要这样做，数字电路可容忍地平面上的大量噪声，而不会出现问题。
图4 (左)将数字开关动作和模拟电路隔离，将电路的数字和模拟部分分开。 (右) 要尽可能将高频和低频分开，高频元件要靠近电路板的接插件
图5 在PCB上布两条靠近的走线，很容易形成寄生电容。由于这种电容的存在，在一条走线上的快速电压变化，可在另一条走线上产生电流信号
图6 如果不注意走线的放置，PCB中的走线可能产生线路感抗和互感。这种寄生电感对于包含数字开关电路的电路运行是非常有害的
元件的位置
如上所述，在每个PCB设计中，电路的噪声部分和&安静&部分(非噪声部分)要分隔开。一般来说，数字电路&富含&噪声，而且对噪声不敏感(因为数字电路有较大的电压噪声容限);相反，模拟电路的电压噪声容限就小得多。两者之中，模拟电路对开关噪声最为敏感。在混合信号系统的布线中，这两种电路要分隔开，如图4所示。
PCB设计产生的寄生元件
PCB设计中很容易形成可能产生问题的两种基本寄生元件：寄生电容和寄生电感。设计电路板时，放置两条彼此靠近的走线就会产生寄生电容。可以这样做：在不同的两层，将一条走线放置在另一条走线的上方;或者在同一层，将一条走线放置在另一条走线的旁边，如图5所示。在这两种走线配置中，一条走线上电压随时间的变化(dV/dt)可能在另一条走线上产生电流。如果另一条走线是高阻抗的，电场产生的电流将转化为电压。
快速电压瞬变最常发生在模拟信号设计的数字侧。如果发生快速电压瞬变的走线靠近高阻抗模拟走线，这种误差将严重影响模拟电路的精度。在这种环境中，模拟电路有两个不利的方面：其噪声容限比数字电路低得多;高阻抗走线比较常见。
采用下述两种技术之一可以减少这种现象。最常用的技术是根据电容的方程，改变走线之间的尺寸。要改变的最有效尺寸是两条走线之间的距离。应该注意，变量d在电容方程的分母中，d增加，容抗会降低。可改变的另一个变量是两条走线的长度。在这种情况下，长度L降低，两条走线之间的容抗也会降低。
另一种技术是在这两条走线之间布地线。地线是低阻抗的，而且添加这样的另外一条走线将削弱产生干扰的电场，如图5所示。
电路板中寄生电感产生的原理与寄生电容形成的原理类似。也是布两条走线，在不同的两层，将一条走线放置在另一条走线的上方;或者在同一层，将一条走线放置在另一条的旁边，如图6所示。在这两种走线配置中，一条走线上电流随时间的变化(dI/dt)，由于这条走线的感抗，会在同一条走线上产生电压;并由于互感的存在，会在另一条走线上产生成比例的电流。如果在第一条走线上的电压变化足够大，干扰可能会降低数字电路的电压容限而产生误差。并不只是在数字电路中才会发生这种现象，但这种现象在数字电路中比较常见，因为数字电路中存在较大的瞬时开关电流。
为消除电磁干扰源的潜在噪声，最好将&安静&的模拟线路和噪声I/O端口分开。要设法实现低阻抗的电源和地网络，应尽量减小数字电路导线的感抗，尽量降低模拟电路的电容耦合。
数字和模拟范围确定后，谨慎地布线对获得成功的PCB至关重要。布线策略通常作为经验准则向大家介绍，因为很难在实验室环境中测试出产品的最终成功与否。因此，尽管数字和模拟电路的布线策略存在相似之处，还是要认识到并认真对待其布线策略的差别。
扩展阅读：这样理解模拟电路和数字电路才对_21ic电子网-爱微帮
&& &&& 这样理解模拟电路和数字电路才对
模拟和数字电路你真的懂了吗？你能清楚的讲出他们之间的关系吗？如果你对模拟和数字电路有点模棱两可又或者有点一头雾水的话，那么，美女&帅哥们可以看过来了，本文主要是写给小白和模糊患者的，高手您就瞄一眼就行了，当然如果您能够雁过留声留下您宝贵的见解的话，小编将不胜感激~Now,进入正文~电子电路中的电信号可以分为模拟信号和数字信号两大类：“ 凡在数值和时间上都是连续变化的信号，成为模拟信号。例如，随声音、温度、压力...等物理量连续变化的电压或电流，都是模拟信号。凡在数值上或时间上不连续变化的信号，成为数字信号。例如，只有高、低电平挑边的矩形脉冲信号，就是数字信号。这两类信号在处理方法上各有不同。处理模拟信号的电路称为模拟电路，如放大电路。处理数字信号的电路称为数字电路，如脉冲信号的产生、整形等数字电路。模拟电路与数字电路“知识集结号”1.数字电路(进行算术运算和逻辑运算的电路)数字电路特点：（1）数字电路的工作信号是不连续变化的数字信号，所以在数字电路中工作的半导体管多数工作在开、关状态，即不是工作在饱和区，就是工作子啊截止区，而放大区只是其过渡状态。（2）数字电路的研究对象是电路的输入与输出之间的逻辑关系，因而不能采用模拟电路的分析方法。分析数字电路的工具是逻辑代数，表达电路的主要功能是真值表、逻辑函数表达式及波形图像。数字电路的发展及应用：数字电路的主要元件是开关元件，可以说，数字电路的发展就是期间的发展史。器件的发展：由早期的电子管 & 上世纪40年代末的晶体管 & 50年代末的集成电路，而集成电路今天也有小规模、中规模到大规模和超大规模。因此，集成电路的出现、发展，促进了数字电路的发展。数字电路与数字电子技术广泛的应用于电视、雷达、通信、电子计算机、自动控制、航天等科学技术领域。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。2.模拟电路(电子电路)模拟电路特点：（1）模拟电路中的晶体管是工作在放大区。（2）模拟电路的研究对象是电路输入与输出的电压、电流的关系。模拟电路的发展及应用：模拟电路几乎覆盖整个电子领域，任何一个电子线路的功能实现都会涉及到模拟电路。模拟电路的设计通常比数字电路更为困难，对设计人员的水平要求更高。这也是数字电路系统比模拟电路系统更加普及的原因之一。模拟电路通常需要更多的手工运算，其设计过程的自动化程度低于数字电路。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。模拟和数字电路之间的“联系大纽带”模拟电路是为数字电路供给电源而又完成执行机构的执行。这句话拗口吧。在模拟电路和数字电路中，信号的表达方式不同。对模拟信号能够执行的操作，例如放大、滤波、限幅等，都可以对数字信号进行操作。事实上，所有的数字电路从根本上来说都是模拟电路，其基本电学原理，都与模拟电路相同。互补金属氧化物半导体就是由两个模拟的金属氧化物场效应管构成的，其对称、互补的结&构，使它恰好能处理高低数字逻辑电平。不过，数字电路的设计目标是用来处理数字信号，如果强行引入任意模拟信号而不进行额外处理，则可能造成量化噪声。在一组离散的时间下表示信号数值的函数称为离散时间信号。因为最常遇到的离散时间信号是模拟信号在时间上以均匀(有时也以非均匀)间隔的采样。而“离散时间”与“数字”也经常用来说明同一信号。离散时间信号的一些理论也适用于数字信号。模拟和数字电路的“功能实现辙”模拟电路和数字电路它们同样是信号变化的载体，模拟电路在电路中对信号的放大和削减是通过元器件的放大特性来实现操作的，而数字电路是对信号的传输是通过开关特性来实现操作的。在模拟电路中，电压、电流、频率，周期的变化是互相制约的，而数字电路中电路中电压、电流、频率、周期的变化是离散的。模拟电路可以在大电流高电压下工作，而数字电路只是在小电压，小电流低功耗下工作，完成或产生稳定的控制信号。在实际工作中，差异在哪里？在应用上两者之间最主要的差别是两者的工作逻辑不同。一般来说，数字电路设计做好数字逻辑就差不多了，剩下和问题就交给模拟去办了。打个比方说，一个纯粹的数字电路设计完成，就是逻辑设计的完成，或者说，数字电路的设计大致上是个逻辑数学与电路程相结合的问题。但到PCB设计时，就得看你的模电功夫和耐心了。大家学习PCB设计时，可能都看到过74374之类的逻辑器件可能在布线时不一定要按照器件引脚名顺序排列去和别的电路同序连接。原因在于追求布线简练，这看上去似乎不是什么事，其实这是模拟所要解决的电磁兼容问题。为了做好这点，将原来的逻辑连接做一些修改是常有的事。从这点上看，电路设计软件分成logic(schematic)和PCB“两个部分”不无道理。模电呢？说大了是个全局的问题(从学习上说就是基础问题)。说简单点，是个基本功问题。数字电路的模拟“部分”可以从外围元件设计和PCB设计上得以体现。模拟则远不止于此，特别是一个系统的电磁兼容，是极其重要的。而元件间、电路板间、设备间、主控室(器)与现场间、通讯线路的电磁兼容以及外来电磁场所的干扰、系统对环境的电磁“污染”都要考虑其中，甚至雷电、静电问题也不能稍有忽略。这些都是模拟所要解决的问题。到了PCB设计阶段，元件间的引脚连接、排列、整体布局、散热设计、电源、强电弱电元件(功率元件与信号元件)安置、出入端口、人性化设计、机壳设计甚至多方案(备用方案)融合的考虑等等都会立马突现出来。这些问题的解决，决不是数字功夫到家就能解决的，必须建立在适当的模拟功底为基础的下进行。模电的难处在哪？上面说到了一点。模电作为全局的知识和技能与要求。不能不说的有许多边角要求，也实在有大多的边角要求你去“打扫”。这就像一家之主，什么都要你管，再烦也没有办法!!模电大体可以认为是去解决信号与干扰之间矛盾的问题。它所要考虑的不止是电路的逻辑问题，不要解决它们之间的相互关系问题和环境条件的问题，一般也要涉及经济性和实用性的问题。在逻辑关系上，它通常是定量的；在相互关系问题上，它通常是与干扰(电干扰、电磁干扰、温湿度干扰、漂移、绝缘&气体粉尘&、电泄漏等)做斗争的、考验人们意志的“战斗”，这恐怕是真正的难处所在。到论坛看看就知道，有多少问题是可以脱离干扰去讨论的呢？可见，由于涉及面比较广博，要说模电难大抵如此，要成就自己的真功夫当然要下苦功夫，积累是主要的，突击的做法，难免有所缺漏。最后，有一个关于测试的问题，这是与数字很不同的：使用标准仪器时，要求你预热xx小时后再做。这种要求也从一些方面反映出模电的某些难处，只是一般人难于碰到或少碰到罢了。不可割裂知识间的联系时下流行的说法是“现在搞数电的比模电赚钱，搞软件的比硬件的牛”。软件与硬件的关系到个人专业与择业问题，不谈也罢。不过，不会一点软件也做不成什么好的硬件。这样的“人才”也难找。何况许多人的成就都不一定是在自己原有的专业上取得而是在知识重新取向后取得的。我个人的很大部分知识，也是被实践需要“逼”出来的。各位可有同感？说“搞数电的比模电赚钱”，倒是一种误会。到如今，哪个人只会模电也就大大制约自己用武之地了----发展空间非常有限。同样，只会数电，怎样设计出好的板子来，实在难以想象。模电---数电---软件，在大多数人身上，都是一体的，不可割裂看待。在学习阶段，不要随意偏废。以防实际需要时束手无策。至于如何侧重，实际情况非常复杂，就不说了。模拟，数字就好像是一个人的两条腿，你说少了那条走路舒服？我的想法是模拟数字都上，“全面发展“。当然会有人说这是“鱼和熊掌兼得了，不实际。”如果非要在两者之间作个选择的话，我认为不要以哪个更重要为判断的准则，而是一个人的经历兴趣来挑选。模拟和数字都是有发展方向的。模拟上，现在的模拟集成电路已经达到了相当高的水平，其各项电器性能均达到了实用程度，相信以后的模拟集成电路会大展异彩。众所周知，模拟人才要靠实践经验的积累，而现在的学生模拟电子线路方面都很差（比于数字电路），所以这方面的人才很受欢迎，需要提及的在甚高频，微波更高频率方面的人才就更缺乏了，这在全球都是。所以如果能在这方面有所成就，那钱途大大的。数字方面，大规模、超大规模集成电路技术的不断完善使得数字电路在现代电子系统的比重越来越大，数字电路建立了根本是信号的数字处理，这门学科现在发展的很快，随之，数字电路的设计理念也日新月异，可以说现在设备之间的竞争很大程度上就是其数字处理能力的抗衡，是数电工程师在推动系统的变迁，他们是系统的核心竞争力量。现在的超大规模集成芯片已经向系统级芯片的方向发展，FPGA以经可以达到ASIC的水平，所以工程师们有了更大发挥空间。说句半玩笑的话，一旦实现软件无线电，模电的工程师就可以下岗了。模电和数电的故事还很多，以后会一一揭开。本文内容整理自网络特别推荐中国电子网微信号：weixin21ic
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什么叫数字电路?什么叫模拟电路?他们的区别是什么?
来源：互联网 发表时间： 15:42:08 责任编辑：王亮字体：
为了帮助网友解决“什么叫数字电路?什么叫模拟电路?他们的区别是什么?”相关的问题，中国学网通过互联网对“什么叫数字电路?什么叫模拟电路?他们的区别是什么?”相关的解决方案进行了整理,用户详细问题包括:RT,我想知道:什么叫数字电路?什么叫模拟电路?他们的区别是什么?，具体解决方案如下：解决方案1：模拟电路先学的 数字电路是后学的，我们学校就是这样的，总体来书模拟电路是学习三极管的应用，数字电路是关于数字化电学的研究。两者都是以电路原理为基础的电学。
数字电路处理的是高低电平组合（即1和0的编码组合）的编码和解码，电路中电压变化是分立的（不连续的）；模拟电路处理的是电压电流的放大和缩小，电压变化是连续的。
数字数据电路（Digital Data Network，简称DDN）是利用数字信道提供半永久性连接电路传输数据信号的数字传输网络。
DDN是由数字电路和DDN复用和交叉连接节点（简称DDN节点）组成的网络。
数字电路通过数字传输通道（光纤、数字微波、卫星）传输数据。
它与DDN的最大区别就是只提供高速率、高带宽传输，而DDN通过两端增加一定的设备即可提供2.4,4.8,9.6,19.2,N×84（N=1-31）及2048kbs 速率的全透明的专用电，在某些限定情况下，还可提供其它速率，例如：8,16,32,48,56bk/s等为用户解决不同的业务需求。
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