高速PCB设计指南（5）

l 光通讯模块的信号特性与混合效应

在高速光通信模块（如400G QSFP-DD、800G OSFP）中，设计通常牵涉到数码讯号处理（DSP）、模拟驱动器（Driver）、TIA、激光器与PD等组件共存，属于典型的混合信号系统。
虽然收发模块主要依赖高速差分讯号（如PAM4、NRZ），但其物理层（PHY）仍包含诸多模拟电路组件，像是APD、PIN、Laser Driver等。 当这些信号在高速应用时，若PCB布局与接地设计不当，会产生如过冲、反射、串扰、等问题，进而影响BER（Bit Error Rate）或Eye Diagram质量。 因此有几个设计大方向可供参考

一、讯号PCB的基本布局概念

电源与地的处理尤为重要。 模拟电路对噪声极为敏感，因此应与数字电路的噪声进行有效隔离。 模拟与数字电路不仅仅是分开区域摆放，更应该从电源分配、接地层设计与布线顺序上全面考量。

以A/D转换器为例，若模拟电源与数字电源共享，容易导致讯号相互干扰。 实际设计时，往往受到外部I/O位置或光收发器等固定组件限制，导致模拟与数字电路无法完全分离，这时就更需在走线与电源规划上巧妙处理，避免造成不良讯号耦合。

二、混合信号PCB的实际设计案例：OC48适配器

OC48接口卡为一种高速光通讯应用，作速率达2.5Gbps，属于高密度混合信号设计的典型代表。 卡上包含模拟光收发器、微处理器、电源管理等单元。

设计时需合理配置讯号层、电源层与接地层，确保讯号阻抗一致性与抑制相邻层间的干扰。 模拟与数字区域应配置在板子的对应区域中，尽可能保持最短的高速差分走线与最少的过孔，并避免走线横跨接地或电源层的开口区，减少反射与时序错误。

若需跨层布线，应确保相邻层为完整接地，并设计必要的阻抗匹配与回流路径，防止讯号质量下降。

三、数字电路部分的布线规划

数位器件的电源走线应使用最短且最宽的线宽，搭配适当分布的旁路电容。 这些电容需紧靠电源脚安置，并尽量减少寄生电感，提升抑噪能力。

当需要设计接地层开口以进行模拟与数字区隔时，应避免信号线跨越开口。 若不得不跨越，该信号层下方应配置完整接地层，提供稳定回流。

设计时也应事先考量ATE测试需求，保留必要的过孔与测试点位置，并注意避免电源层被过孔焊盘中断。

四、混合信号的接地设计策略

针对是否将模拟地与数字地分开，业界存在争议。 理论上，将地面分开可以隔离噪声; 但实务上，若信号跨越分割区，将形成大面积回路或偶极天线，反而产生更大EMI问题。

最佳做法是使用统一接地策略，在板子的模拟区与数字区划分明确，但底层为连续地面，避免信号在线下方找不到回流通道。 若实在需区分地层，可于A/D转换器等关键IC下方，以最短引脚将AGND与DGND接到统一地上。

五、RF讯号区的设计要点

在RF设计中，高功率放大器与放大器必须物理隔离，避免相互干扰。 通常将两者分置于PCB两侧，或者以屏蔽、金属盖进行隔离。 RF走线尽量保持短直、走表层、并在下层有完整接地。

去耦电容的摆放亦非常关键，从最小电容开始，顺序由近到远配置，搭配旁路电感，形成完整滤波网络。 避免电感并排放置，以免互感影响。

RF输入与输出必须远离，避免回授造成振盪。 若无法避免走线交错，应设法使其十字交叉，并在交错处铺地屏蔽。 所有可能成为天线的空地，若无法接地，建议取消。

🔍 Q1：为什么高速光通讯模块特别需要注意混合讯号效应？

A1： 因为高速模块（如400G、800G）同时包含数字（DSP、MCU）与模拟（Driver、TIA、Laser）电路，属于混合信号系统。 若PCB设计不良，可能导致过冲、反射、串扰等问题，进一步影响眼图质量与BER（Bit Error Rate）。

🔍 Q2：光模块PCB中，模拟与数字电路该如何隔离与布局？

A2： 除了物理区域划分外，更应从电源分配、地层完整性与走线顺序多方面考虑。 尤其像A/D转换器这种关键组件，若模拟与数字电源混用，容易产生干扰。 因此应实现「功能分区」+「回流连贯」的整合策略。

🔍 Q3：以OC48接口卡为例，高速光通讯板应该注意哪些走线细节？

A3： 需确保高速差分讯号最短、最少过孔、不跨接地开口; 若必须跨层，需维持接地层完整并做好阻抗匹配与回流设计，否则可能产生反射、延迟错配等讯号完整性问题。

🔍 Q4：混合信号设计中，应该将模拟地与数字地分开吗？

A4： 理论上分开可隔离噪声，但若信号跨越地层切割处，可能产生更大的EMI与回流干扰。 实务上，推荐统一接地策略，仅在必要处（如A/D IC脚位）实施最短连接到共地，避免浮地或偶极效应。

🔍 Q5：RF区块设计有什么要注意的？ 是否也适用于光模组？

A5： 有的，尤其在采用EML或高频DML时。 需确保高功率与放大器物理隔离，RF走线短直、避免交错，去耦与旁路设计要精确，避免交互干扰与不稳定振盪。 这些原则在光模组的Laser Driver与Clock区也同样适用。

本篇作者-诠鼎集团-卢卡斯