Leiterplattentechnisch - High-Speed ADC PCB Layout und Routing

Beim Design der analogen Hochgeschwindigkeits-PCB-Signalkette müssen Leiterplatten, PCB-Layout und Routing viele Optionen berücksichtigen, einige Optionen sind wichtiger als andere, und einige Optionen hängen von der Anwendung ab. Die endgültige Antwort variiert, aber in allen Fällen sollten Konstrukteure versuchen, Fehler in Best Practices zu beseitigen und sich nicht übermäßig um jedes Detail des Layouts kümmern. Dieser für Sie heute empfohlene Artikel beginnt mit dem exponierten Pad und beschreibt wiederum die vier Teile Entkopplung und Schichtkapazität, Schichtkopplung und Erdtrennung.

Sichtbares Pad

Das exponierte Pad (EPAD) wird manchmal übersehen, aber es ist sehr wichtig, die Leistung der Signalkette voll auszuschöpfen und Wärme vom Gerät angemessen abzuleiten.

Das exponierte Pad, das ADI Pin 0 nennt, ist heute das Pad unter den meisten Geräten. Es ist eine wichtige Verbindung, und alle interne Erdung des Chips ist durch ihn mit dem Mittelpunkt unter dem Gerät verbunden. Ich frage mich, ob Sie bemerkt haben, dass viele Konverter und Verstärker derzeit wegen des freigelegten Pads Massepunkte fehlen.

Der Schlüssel besteht darin, diesen Pin richtig an der Leiterplatte zu befestigen (dh zu löten), um eine zuverlässige elektrische und thermische Verbindung zu erreichen. Wenn diese Verbindung nicht stark ist, kommt es zu Verwirrung, d.h. das Design kann ungültig sein.

die beste Verbindung erreichen

Es gibt drei Schritte, um die beste elektrische und thermische Verbindung mit dem freiliegenden Pad zu erreichen

Zunächst sollten die freiliegenden Pads nach Möglichkeit auf jeder Leiterplattenschicht repliziert werden. Ziel ist es, eine dichte thermische Verbindung mit allen Erdungs- und Erdungsschichten herzustellen, um Wärme schnell abzuleiten. Dieser Schritt bezieht sich auf Hochleistungsgeräte und Anwendungen mit hoher Kanalanzahl. Elektrisch wird dies eine gute equipotentiale Bindung für alle Bodenebenen bieten.

Es ist sogar möglich, das freiliegende Pad auf der unteren Schicht zu duplizieren, das als Erdungspunkt zur Entkopplung der Wärmeableitung und als Ort zum Einbau eines Kühlkörpers auf der Unterseite verwendet werden kann.

Zweitens, teilen Sie das freiliegende Pad in mehrere identische Teile, wie ein Schachbrett. Verwenden Sie ein Drahtgitter-Quergitter auf dem offenen freiliegenden Pad oder verwenden Sie eine Lötmaske. Dieser Schritt kann eine stabile Verbindung zwischen dem Gerät und der Leiterplatte gewährleisten. Während des Reflow-Montageprozesses ist es unmöglich zu bestimmen, wie die Lotpaste fließt und letztendlich das Gerät mit der Leiterplatte verbindet. Verbindungen können existieren, aber sie sind nicht gleichmäßig verteilt. Sie können nur eine Verbindung erhalten, und die Verbindung ist klein, oder schlimmer, es ist in der Ecke. Durch die Aufteilung des exponierten Pads in kleinere Teile kann sichergestellt werden, dass jeder Bereich einen Verbindungspunkt hat, um ein zuverlässigeres und gleichmäßigeres exponiertes Pad zu erreichen.

Drittens, stellen Sie sicher, dass alle Teile Vias mit dem Boden verbunden sind. Jeder Bereich ist normalerweise groß genug, um mehrere Vias zu platzieren. Achten Sie vor dem Zusammenbau darauf, jedes Durchkontakt mit Lotpaste oder Epoxid zu füllen. Dieser Schritt ist sehr wichtig, um sicherzustellen, dass die freiliegende Pad-Lotpaste nicht über Löcher in diese zurückfließt und die korrekte Verbindung beeinträchtigt.

Entkopplung und Schichtkapazität

Manchmal ignorieren Ingenieure den Zweck der Entkopplung und verteilen einfach viele Kondensatoren unterschiedlicher Größe auf der Leiterplatte, so dass die niederohmige Stromversorgung mit der Erde verbunden ist. Aber die Frage bleibt: Wie viel Kapazität wird benötigt? Viele zugehörige Dokumente weisen darauf hin, dass viele Kondensatoren unterschiedlicher Größe verwendet werden müssen, um die Impedanz des Power Transmission Systems (PDS) zu reduzieren, aber das ist nicht ganz korrekt. Im Gegenteil, es ist nur notwendig, die richtige Größe und den richtigen Typ des Kondensators auszuwählen, um die PDS-Impedanz zu reduzieren.

Schichtkopplung

Einige PCB-Layouts haben zwangsläufig überlappende Schaltungsschichten. In einigen Fällen kann es sich um eine empfindliche analoge Schicht (z. B. Strom, Masse oder Signal) handeln, und die darunter liegende Schicht ist eine hochauflösende digitale Schicht.

Dies wird oft übersehen, da sich die Rauschunterlage auf einer anderen Ebene befindet – unterhalb der empfindlichen Analogschicht. Ein einfaches Experiment kann jedoch beweisen, dass dies nicht der Fall ist. Nehmen Sie eine bestimmte Ebene als Beispiel, injizieren Sie Signale auf jeder Ebene. Verbinden Sie dann eine weitere Schicht und koppeln Sie die angrenzende Schicht an den Spektrumanalysator.

separater Boden

Die am häufigsten gestellte Frage von analogen Signalkettendesignern ist: Soll die Masseebene bei Verwendung eines ADC in AGND- und DGND-Masseebenen unterteilt werden? Die kurze Antwort lautet: Es kommt darauf an. Die detaillierte Antwort lautet: in der Regel keine Trennung. Warum nicht? Denn in den meisten Fällen erhöht das blinde Trennen der Erdungsebene nur die Induktivität des Rücklaufweges, und es verursacht mehr Schaden als Nutzen.