它们被称为数码式蜂窝电话，但其间所包含的模仿功用，比较起所谓的模仿蜂窝电话之前度种类还要多。事实上，需求处理接连状况值(例如语音，印象，温度，压力等)的任何体系，都会有它的模仿功用，那怕是在其姓名里呈现数码式这个词语。今日的多媒体PC也毫无例外，它们有着语音和印象的输入和输出，对发热的中心处理机进行火急的温度监示，以及高功能调制解调器，这些体系相同地，其混合信号功用清单上的项目也愈来愈多。
两种体系的趋势对於进行混合规划的人们来说，又带来了新的应战。便携式通讯和运算器材的体积分量不断削减，但又不断地推高功用。而桌面体系又不断进步中心处理机才能和通讯周边的速度。必定的是，在规划现代的数码电路板一同又要避免振铃、噪声引致的过失，和地电位跳动等问题，真实恰当困难的。可是，当你添加那些易受噪声影响的模仿信号线路迫临於方波鼓励的数码式数据线路，问题更为严重。
在芯片级，现时的SOC(芯片上的体系)需求有逻辑电路、模仿电路，以及热动力学规划方面的专才。要成功地运用这些IC，板级和体系级规划师需求了解怎么最好地放置元件，安置走线，以及运用维护元件。
本文叙述的是现时混合信号体系规划中的常见圈套，并供给一些指引以铲除或移开它们。不过，在讨论特定问题和作出提议之前，先具体看看体系规划的两种潮流—小型化和高速化—怎么影响这些问题，会有很大的协助。
1、 “高速化”趋势
将1999年中档PC的标准与五年前的比较较，它的中心处理机速度进步了大约一个数量级，而由CPU耗费的电流也进步了约一个数量级。当你将高速度和大电流结合一同，V=L(di/dt)联络式中的“di/dt”部份大幅地进步。事实上，电路板中半寸长的地线或许会感应起超越1伏特的电压於其上。对於转化器来说，地电位参阅线会感应电压的话，或许导致运作中止。
为要达致这些更高的速度，IC在规划和制作上都选用深度次微米尺度(例如0.35μm)。这尽管减缩了几许尺度而得到快得多的功能，但也会令这些器材更简略引起锁上(latch-up)及由瞬变引起的危害。而且，这些器材也要求更紧逼的动力管理以契合愈来愈严厉的答应电压规模。
现时的10/100Ethernet网络介面卡(NIC)便是杰出的比如，本来的10Base-T芯片是大尺度的CMOS器材，对於过电压损坏相对地是不那麽灵敏的。可是，新式的芯片选用了0.35μm的线宽，对於锁上以及因瞬变而失效十分灵敏—因电能引致和雷电引致的瞬变。
现代的服务器，具有SMP(对称多处理才能)的体系结构，以及CPU以500MHz或以上的频率来运作，便是动力散布应战方面的好比如。你不行以简略地制作一个5V电源并把布线引到相应的总线。以500MHz上限达20A或30A的电流开关，它要求於每个运用点(point-of-use)实践上有独立的转化器，还加上一个更大的一级电压源对这些转化器的悉数进行供电。
趋势要求具有热交换(hotswap)的才能，意味着你要能做到在现用体系里刺进或除下电路板。这样做也是预告会有瞬变发生的。如此一来，不管刺进的板抑或主板都有必要有恰当的维护效果。
不管小型化或高速化的趋势都有其共同的问题。例如，大电流动力散布对於小型、便携、手持式设备来说，就不是个大问题。而对於桌面电脑和服务器来说，延伸的电池寿数也不会成为问题。不过，锁上和瞬变引致的损坏，在上述两方面都成为问题。
2、 “小型化”的趋势
拿1999年的蜂窝电话与五年前的产品作个比较，芯片数目少得许多，分量和体积大幅削减，电池寿数大幅延伸。在这个进程中，首要要素是混合信号IC解决计划中有很大发展。不过，跟着芯片几许尺度的减缩，电路板上布线的距离趋近，物理学的规则开端呈现出来。
并行的走线愈来愈挨近发生了愈来愈大寄生电容耦合，而这简直是和距离平方成反比联络的成果，曾经只要少量几根走线的空间，现在纳入了许多走线，成果，乃至是不相邻的走线之间的电容性耦合也会构成问题。
蜂窝电话，由其性质所决议，是被人拿着运用的设备。在低温度的日子里，你正在地毯上走来走去，然後拿起蜂窝电话，接着“啪”—这就会把一个高电压，静电放电(ESD)脉冲传到这个设备那里。假如没有恰当的ESD维护，一个或多个IC有或许遭到损坏。不过，添加外部元件来维护ESD的损坏又会与小型化趋势相违反。
另一个问题是动力管理，蜂窝电话用户期望电池的两次充电之距离愈长愈好。这意味着DC-至-DC转化器有必要是很高功率的。开关技能是它的答案，但在此状况下，转化器也成了它自己的潜在噪声源。所以有必要当心挑选、放置转化器，也要当心进行互连。还有，由於体积是不行忽视的要素，应该挑选能够选用物理尺度最小的无源元件的那种部件。假如选用线性稳压器的话，应该挑选超低压差式的，可让输出坚持於最小电池电压。这就能让电池不再供给满足电能之前尽行地放电。
3、锁上和瞬变
对深度次微米IC从线宽的瞬变恶化了关於过电压状况的灵敏性，意味着你要聪明一点，对这些器材进行维护，但一同又不要影响它们的功能。
在一个维护输入里，任何维护元件於正常运作下都有必要呈现为一个高阻抗电路。它有必要加载尽或许小的电容负荷，例如，假定它是对正常输入信号参加小小效应的话。不过，在过电压的一会儿，那同一个器材有必要成为该瞬变电能的首要通路，将它从受维护器材的输入中引开。还有，维护器材的接受电压应该高於它维护的引脚上的最大答应电压。同理，它的箝位电压要满足低，以避免受维护器材的损坏，这是由於在瞬变状况下，输入上的电压会是维护器材的箝位电压。
曾经，瞬变电压按捺(TVS)二极管在印刷电路板上有用地将瞬变箝位。传统的(TVS)二极管是固态PN结器材，低至5V的电压也作业得很好。它们有快速的呼应时刻，低的箝位电压，高的电流浪涌才能—全都是所期望的特性。不过，传统TVS二极管的问题是低於5V以下会抬起它的头。在这里，它们所选用的雪崩技能是个妨碍。要在5V以下达致Stand-off电压，要选用高度的掺杂(在1018/cm-3或以上)。这反过来，又会引致更高的电容和漏电电流，两者都会危害高功能的。传统的TVS二极管具有电压相关的电容，随电压削减而添加。例如，在5V下，典型的ESD维护二极管会有400pF的结电容。咱们能够想像一下，这样的电容性负载加於100Base-TEthernet发射器或接收器的输入节点，或加於通用串行总线(USB)输入，会有甚麽问题。而且，这些正正是最需求进行瞬变维护的那些电路类型。
低于5V电压的状况下，传统的TVS二极管并非真实的选项。但这也不是说你再无可挑选的了。由加州伯克莱大学和Semtech公司(加州NewburyPark市)共同开发的一种新技能，供给了一向低至2.8V作业电压的瞬变和ESD维护。你能够在一系列的TVS器材中去选定一种，具有适宜的电容，stand-off电压，和箝位电压来契合自己体系的要求。之後，还要考虑应把该器材放在板上的甚麽当地，怎么给电路板布线等问题。
在维护通路中的寄生电感会引起高电压的过冲及令IC损坏。在快速上升时刻瞬变的状况尤甚，例如ESD。由ESD感应起的瞬变，据IEC1000-4-2的界说，会在不到1纳秒(ns)内抵达它的峰值。以走线电感20nH/寸来核算，4份1寸走线自10A脉冲会引起50V的过冲。
你有必要考虑一切或许的感应通路，包含地线回来通路，在TVS和维护线路之间的通路，以及由衔接器至TVS器材的通路。而且，TVS器材应该尽或许地挨近衔接器放置，以便将瞬变耦合到挨近的其他走线。
一块10/100Ethernet板是需求进行瞬变维护的子体系。在Ethernet交换器和路由器中所用的器材是暴露在高能量，雷电感应瞬变之下的。而所用的深度次微米IC在规划上对过电压锁上又是极度灵敏的。在典型体系里，每个端口所用的双绞线对介面由两个不同的信号对所组成—一对用於发射器，另一对用於接收器。发射器输入通常是最简略遭到损坏的，在一个线路对中会呈现有差异的致命性放电，而且透过变压器以电容性地耦合到EthernetIC。
有一种状况是，信号频率很高(100Mbit/s)而供电电压又低(典型是3.3V)，维护器材有必要有很低的容性负载，而其stand-off电压远低於5V。还有另一种状况，其间在维护通路中的寄生电感能够导致很大的电压过冲。为使功率说到最高，电路板的布线应该是，维护器和受维护线路之间的通路有必要减至最低，而在RJ45衔接器和维护器之间的通路长度也减至最低。
4、热交换/即插即用
越来越多的体系其规划是，在体系依然加电期间，答应插板或插头随时刺进和拔除。那些插板或插头会刺进到或拔除自带有信号，电源线和地线的插座，而且有很高时机发生瞬变。此外，该体系还能够动态地调整其电源，以习惯忽然添加或削减的电流负载。
蜂窝电话或其他可携电子设备会无心地带电期间刺进到或拔除自充电的体系。这相同也会发生瞬变。在这里，除了瞬变维护之外，还需求有动力管理以习惯忽然添加或削减的电流负载。
USB介面的规划，是给桌面体系与周边设备之间，进步一种高速的串行介接才能。还有，UB介面有一根电压供电线，可用来给衔接着的周边设备供电。假如没有负载刺进到USB插座里，它便是个开路的插座。由人体静电对该插座感应的ESD脉冲放电，会导通至电路板上，并会轻易地损坏USB操控器。
你有必要保证这种高速总线里，不管数据线抑或电源线都采取了维护。而且，尽管动力管理已被写入到USB的标准中，但ESD的维护却还没有。
TVS器材能够用来供给恰当的ESD维护。元件的放置和通路的长度依然是重要的规划问题。相同的排布攻略应该细心参详。务令TVS和受维护线之间的通路变短，而且务令TVS器材尽或许挨近端口衔接器。
依照USB标准的需求，应该选用固体电路动力分发开关器进行动力管理。在PC主机中，它们供给短路电流维护和过失陈述给操控器IC。在USB周边设备中，它们用来进行端口切换，过失陈述和供电电压斜降操控。
5、 动力分配
假如将PC的电流量改变与10年前的比较，增幅之大真实令人惊诧。再加上时钟频率的大幅添加，使得PC和服务器处於极高的di/dt环境之下。例如，若L为2.5μH及C等於4×1500μF，在负载上的瞬变其数量级为200mV峰对峰值，恢复时刻50微秒。使问题更杂乱的还有令CPU进入睡觉之类的形式，然後迅速地唤醒起来，所发生的瞬变是每微秒20至30A的规模，因此变成为动力管理上的头痛问题。
从转化器观念来看，di/dt的值左右了对输出电容的挑选，更特定地是电容的等效串联电阻(ESR)和等效串联电感(ESL)。低频运作的转化器需求用大的电容量来存储两个作业周期之间的电荷，这就要选用电解电容。这些电解电容尽管有很大的电容量，但随之而来也有大的ESR和ESL，两者都有违规划者心意的。此外，电解电容体积很大，不适合於外表装置技能和紧凑的封装。
有一种替代的办法能够下降ESR和ESL的值，简化生产过程，削减实践体积。办法是选用稍高频率的转化器，你就能够挑选陶瓷电容来替代电解电容，而且得到上述的长处。一同，藉着选用多相转化器的计划，你更可将负载需求分管开来，每个转化器只需较少的输入电容，一同又能供给相同总量的电流才能。它的另一个长处是下降了输入纹波电流。在单相转化计划中，输入纹波电流等於输出的纹波电流之半。由此，对20A体系而言，其输入纹波电流是10A。可是，对於四相转化器计划，例如说，就会在这四个转化器中平分这种输出电流。现在每个供电为5A，而它们的输入纹波电流为2A。这就能够选用更小型，更廉价的输入电容器。
DellComputers公司(德州RoundRock市)替它的高速电脑和服务器系列开发了一种分立式，多相脉宽调制(PWM)操控器和反向DC-to-DC转化器。其规划是要契合Intel公司的高档PentiumCPU之急迫电能/动力管理的要求。该电路自此已由Semtech公司应Dell的要求加以集成起来。采取了多相操控器和转化器的计划之後，你就要特别注意电路板的布线问题。高频下的大电流开关会影响地平面有电压的差异。
电路的大电流部份应该先行布线，你应该选用地平面(groundplate)，或应该引进阻隔或半阻隔地平面区域，约束地电流进入特定区域。由输入电容器和高端及低端驱动器输出FET构成的回路包含了悉数大电流，快速瞬变开关。衔接上应宽即宽及应短则短，以削减回路电感。这样做就会下降电磁搅扰(EMI)，下降地注入的电流，并将源振铃减至最小以得到更牢靠的门电路开关信号。
在上述两个FET接合点与输出电感器之间的衔接，应该是宽的径迹，一同尽或许地短。输出电容器应该尽或许挨近负载放置。快速瞬变负载电流是由这个电容器供给的，所以，衔接线应该既宽且短，以便把电感和电阻减至最小。
操控器最好置於安静地平面区域内，避免输入电容器和FET回路中的脉冲电流流入这个区域。高低端地电位参阅引脚应该回来到极挨近操控放大器封装的地那里。小信号模仿地和数码地应该衔接到其间一个输出电容器的地端。决不行以回来到在输入电容/FET回路内部的地。电流感测电阻回路应该坚持尽或许的短。
6、 聪明地作业
尽管上面的比如说明晰一些办法，可预知和避免混合信号体系的某些圈套，但这决不是巨细无遗的。每个体系都有其自己的应战事项，而每个规划师都有其共同的妨碍要跳越。不管抵挡的是更困难的维护，或更严厉的动力管理，挑选恰当的元件是首要进行的作业。在应战转化器，转化器操控器和TVS维护器材方面，有很广泛的挑选规模。把它们放置於电路板上的正确当地就会显出动力管理和维护方面有用与否的不同。深思熟虑的布线和地平面的装备则是第叁方面的关键问题。 用於低压电路的TVS
电压低於5V时，传统的PN结型TVS实践上彻底不起效果。不过，有一种增强式穿通二极管(EPD)，由加州柏克莱大学和Semtech公司研发出来。
和雪崩式TVS二极管传统的PN结构不同，这种EPD器材选用了更杂乱的n+p+p-n+四层结构。它在p+和P-层选用轻掺杂，避免反向偏置的n+p+结会进入雪崩状况。
挑选npn结构而不是pnp结构，是因为它有更高的电子迁移率和改善的箝位特性。藉着当心架构制作P-基区，成果得到的器材於2.8V至3.3V电压规模内，取得了超卓的漏电，箝位和电容特性。
7、饱食欲极大的Pentium
Intel的PentiumⅡ标准里，要求在500ns内电流由5A增高至20A，转化率为每微秒30A。而SemteckSC1144多相PWM操控器的才能还胜於使命所要求的。它供给了对多达四个反向DC-to-DC转化器的操控，得到所需的速度和精度。内建的5位元DAC可让输出电压作编程输出，由1.8至2.05V按50mV增量进行，由20至3.5V按100mV增量进行。
这种多相技能发生了由90度相移分隔的四个准确输出电压。然後，这四个经数码式相移的输出一同求和，以得到所需的输出电压和电流容量。
以每个转化器作业於2MHz来看，规划师能够选用陶瓷电容而非电解电容，而且得到体积小，可外表装置，以及更低的ESR和ESL的优点。
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