PCB-Neuigkeiten - Hochpräzise und auflösende Analog-Digital-Wandler Leiterplattenverdrahtungstechnologie

Im neuen Design des Wandlers sind die meisten Analog-Digital-Wandler digital geworden. Selbst bei solchen Änderungen hat sich das Schaltungsdesign der Leiterplatte nicht geändert. Dieser Artikel stellt die Verdrahtungsmethode der Verwendung des kontinuierlichen Näherungspuffertyps und Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandlers vor. Zunächst bestehen die meisten Analog-Digital-Wandler im Chip noch aus analogen Schaltungen. Durch die Verbesserung des Leiterplattendesigns sind langsame Analog-Digital-Wandler meist digital geworden. Auch wenn es im Chip von analog zu digital wechselt, hat sich die Schaltungsarbeit nicht geändert. Dies ist derzeit noch der Fall. Wenn sich ein Verdrahtungsdesigner mit Mischsignalschaltungen beschäftigt, braucht er noch grundlegende Verdrahtungskenntnisse, wenn er die Verdrahtung gut funktionieren lassen will. In diesem Artikel wird die Verwendung von Continuous Approximation Puffer (SAR) und Sigma-Delta Analog-Digital Wandler Leiterplattenverdrahtungsmethoden diskutiert.

Kontinuierliche Näherungspufferverdrahtung des Konverters

Die Auflösung des SAR Analog-Digital-Wandlers ist 8-Bit, 10-Bit, 12-Bit, 16-Bit und manchmal 18-Bit. Zu Beginn waren der Herstellungsprozess und die Struktur dieser Wandler Zwei-Träger- bzw. R-2R Leiterwiderstände Netzwerke. Diese Komponenten haben sich jedoch in jüngster Zeit zu CMOS-Fertigungsprozessen entwickelt, die Kondensator-Lade- und Verteilungstechnik verwenden, und die Systemverdrahtung dieser Konverter wird sich mit diesem Übergang nicht ändern. Mit Ausnahme von hochauflösenden Komponenten bleibt die grundlegende Art der Verkabelung gleich. Diese Komponenten müssen mehr Aufmerksamkeit schenken, um die digitale Rückkopplung der seriellen oder parallelen Ausgangsschnittstelle des Konverters zu vermeiden.

Um die unterschiedliche Blockstruktur des Schaltungssystems und des Chips abzuschätzen, ist der SAR-Wandler offensichtlich ein analoges Gerät.

In diesem Blockdiagramm sind Sample/Hold, Komparator, die meisten Digital-Analog-Wandler und 12-Bit SAR alle analog; Der Rest der Schaltung ist digital. Infolgedessen verbraucht die analoge Schaltung im Konverter den größten Teil der Leistung und des Stroms. Abgesehen von dem geringen Schaltstrom, der im Digital-Analog-Wandler und der Schnittstelle auftritt, verbraucht die digitale Schaltung sehr wenig Strom.

Diese Art von Konverter hat mehrere Massen und Power Pins. Diese Pin-Namen werden oft missverstanden, weil sie digital oder analog anhand ihrer Pin-Namen unterscheiden können. Die Namen dieser Pins weisen jedoch nicht eindeutig darauf hin, dass sie mit dem System und der Leiterplatte verbunden sind. Sie sollen unterscheiden, wie digitaler und analoger Strom aus dem Chip fließt. Wenn man diese Informationen kennt und versteht, dass die Hauptkomponente des Chips analog ist, so dass die Strom- und Erdungsleitungen auf der gleichen Ebene platziert werden, wird zum Beispiel die analoge Oberfläche bedeutungsvoll.

Diese Komponenten haben in der Regel zwei Massepunkte aus dem Chip herausgezogen: AGND und DGND. Das Netzteil verwendet nur einen Pin. Beim Verdrahten der Leiterplatte dieses Chips sollten AGND und DGND mit der analogen Masseebene verbunden werden; Die analogen und digitalen Leistungspins sollten ebenfalls mit der analogen Leistungsebene oder zumindest mit der analogen Leistungsleitung verbunden sein, entsprechende Bypass-Kondensatoren hinzufügen und so nah wie möglich an der Masse und den Leistungspins platzieren. Der einzige Grund, warum diese Komponenten nur einen Massepunkt und einen Power Pin wie MCP3201 haben, ist die Begrenzung der Anzahl der Package Pins. Wenn die digitalen und analogen Pins jedoch getrennt sind, hat der Konverter eine gute Genauigkeit und Reproduzierbarkeit.

Die Stromverdrahtungsmethode aller Konverter ist: Verbinden Sie alle Masse-, positive und negative Stromanschlüsse mit der analogen Oberfläche. Schließen Sie außerdem die mit dem Eingangssignal verbundenen "COM" oder "IN" Pins so nah wie möglich an der Signalmasse an.

Hochauflösende SAR-Wandler (16- und 18-Bit-Wandler) müssen überlegen, das digitale Rauschen vom leisen Analogwandler und der Leistungsebene zu trennen. Beim Anschluss dieser Komponenten an den Mikrocontroller sollte ein externer digitaler Puffer verwendet werden, um eine saubere Betriebsumgebung zu erreichen. Obwohl diese Arten von SAR-Wandlern normalerweise interne Doppelpuffer am Digitalausgang haben, reduziert die Verwendung externer Puffer die interne analoge Schaltung vom digitalen Busrauschen. Geeignetes Energiemanagement für dieses System.

Legende: Bei Verwendung eines hochauflösenden SAR-Analog-Digital-Wandlers sollten die Konverterleistung und Masse an die analoge Oberfläche angeschlossen werden. Der Digitalausgang des Analog-Digital-Wandlers sollte einen Puffer haben und ein externer dreistufiger Ausgangspuffer sollte verwendet werden. Diese Puffer trennen die analoge Seite von der digitalen Seite und bieten eine hohe Antriebsfähigkeit.

Präzises Sigma-Delta-Verdrahtungsverfahren

Die genauesten Sigma-Delta Analog-Digital-Wandler im Chip sind digital. Bei der Herstellung dieser Art von Konverter in den frühen Tagen trennten Benutzer das digitale Rauschen vom analogen Rauschen durch die Kupferfolienoberfläche der Leiterplatte. Der SAR-Analog-Digital-Wandler kann mehrere analoge Massepunkte, digitale Massepunkte und Stromanschlüsse haben. Wieder einmal besteht die allgemeine Tendenz digitaler oder analoger Konstrukteure darin, diese Pins mit verschiedenen Massen bzw. Leistungsebenen zu verbinden. Leider kann diese Tendenz irreführend sein, insbesondere bei der Lösung des Rauschproblems von 16- bis 24-Bit Präzisionskomponenten.

Ein hochauflösender Sigma-Delta-Wandler mit einer Datenumwandlungsrate von 10 Hz und dessen Frequenz (intern oder extern) kann bis zu 10 MHz oder 20 MHz betragen. Diese Hochfrequenz wird verwendet, um den Betrieb des Modulators und des Super-Sampling-Motorkreises aufrechtzuerhalten. Wie beim SAR-Konverter sind die AGND- und DGND-Pins dieses Bauteils mit derselben Masseebene verbunden. Darüber hinaus sollten die analogen und digitalen Stromanschlüsse miteinander verbunden werden, und es ist besser, auf der gleichen Schicht der Leiterplatte zu sein. Die analogen und digitalen Anforderungen an die Leistungsebene entsprechen denen des hochauflösenden SAR-Wandlers.

Die Grundebene ist notwendig, was bedeutet, dass mindestens eine Doppelschichtplatte erforderlich ist. Auf dieser Doppelschichtplatte sollte die Bodenfläche mindestens 75% der Fläche abdecken. Der Zweck dieser Masseebene ist es, Erdungswiderstand und Induktivität zu verringern und elektromagnetische Störungen und Radiowellenstörungen zu isolieren. Wenn es unvermeidlich ist, dass die Signalbahnen durch die Masseebene der Leiterplatte gehen, sollten die Signalbahnen so kurz wie möglich und senkrecht zur Massestromrückführung sein.

Abschließend

Es ist nicht notwendig, niederauflösende Analog-Digital-Wandler zu trennen – zum Beispiel die analogen und digitalen Pins eines 6-Bit-, 8-Bit- oder sogar 10-Bit-Wandlers. Mit zunehmender Auflösung/Genauigkeit des gewählten Wandlers werden die Verdrahtungsbedingungen jedoch strenger. Bei hochauflösenden SAR- und Sigma-Delta-Analog-Digital-Wandlern müssen diese beiden Komponenten direkt an die rauscharme analoge Erdungs- und Leistungsebene angeschlossen werden.

Das obige ist die Einführung der hochpräzisen und auflösenden Analog-Digital-Konverter-Leiterplattenverdrahtungstechnologie. Ipcb bietet auch Leiterplattenhersteller und Leiterplattenherstellungstechnologie an.