Leiterplattentechnisch - PCB-Routing-Strategie erforderlich für A/D-Wandler

Analog (A/D) converters are derived from analog paradigms in which much of die physical silicon is analog. Mit der Entwicklung neuer Designtopologien, Das Paradigma entwickelte sich, um Digital als dominierende Komponente bei niedriger Geschwindigkeit A einzubeziehen/D Umrichter. Trotz des Wandels von analoger zur digitalen Dominanz in A/D Umrichter, the Leiterplatte Verkabelungskriterien bleiben unverändert. Wenn Verdrahtungsdesigner Mischsignalschaltungen entwerfen, Kritisches Verdrahtungswissen ist weiterhin für eine effektive Verdrahtung erforderlich. In diesem Papier, das A/D-Wandler mit aufeinanderfolgender Näherungsart und â�³ Typ A/D-Wandler werden als Beispiele genommen, um die von A geforderte Leiterplattenrouting-Strategie zu diskutieren/D Umrichter.

Aufeinander folgende Näherungs-A/D-Wandler haben 8-Bit-, 10-Bit-, 12-Bit-, 16-Bit- und 18-Bit-Auflösungen. Anfangs waren der Prozess und die Konstruktion dieser Konverter bipolar mit r-2R Trapezwiderständen. In letzter Zeit wurden diese Geräte jedoch mithilfe der kapazitiven Ladungsverteilungstopologie in CMOS-Prozesse transplantiert. Offensichtlich ändert diese Migration die Routing-Strategie für diese Konverter nicht. Mit Ausnahme von Geräten mit höherer Auflösung ist die grundlegende Verdrahtungsmethode konsistent. Bei diesen Geräten ist besonders darauf zu achten, dass digitale Rückmeldungen von den seriellen oder parallelen Ausgangsschnittstellen des Konverters vermieden werden.

Der Konverter verwendet eine Ladungsverteilung, die durch eine Reihe von Kondensatoren gebildet wird.

In diesem Blockdiagramm sind Sampler/Hold, Komparator, der größte Teil des Digital-Analog-Wandlers (DAC) und der 12-Bit-A/D-Wandler analog. Der Rest der Schaltung ist digital. Daher wird der größte Teil der Energie und des Stroms für diesen Konverter in den internen analogen Schaltungen verwendet. Das Gerät benötigt sehr wenig Digitalstrom, nur wenige Schalter erfolgen mit D/A-Wandler und digitaler Schnittstelle.

Diese Arten von Konvertern können mehrere Massen- und Stromanschlussstifte haben. Pin-Namen sind oft irreführend, da Pin-Labels verwendet werden können, um analoge und digitale Verbindungen zu unterscheiden. Diese Beschriftungen sollen nicht die Systemverbindung zur Leiterplatte beschreiben, sondern bestimmen, wie digitaler und analoger Strom aus dem Chip fließt. Wenn man diese Informationen kennt und weiß, dass die primären Ressourcen, die auf einem Chip verbraucht werden, analog sind, macht es Sinn, Strom- und Erdungspins auf derselben Ebene, wie der analogen Ebene, anzuschließen.

Bei diesen Geräten werden normalerweise zwei Massepins vom Chip aufgerufen: AGND und DGND. Das Netzteil hat einen Bleistift. Bei der Leiterplattenverkabelung mit diesen Chips sollten AGND und DGND an die analoge Masseebene angeschlossen werden. Analoge und digitale Leistungspins sollten auch an die analoge Leistungsebene oder zumindest an die analoge Stromschiene angeschlossen werden, und die entsprechende Bypass-Kapazität sollte so nah wie möglich an jedem Leistungspin angeschlossen werden. Geräte wie MCP3201 haben aufgrund der Begrenzung der Anzahl der Gehäusepins nur einen Massepunkt und einen positiven Leistungspin. Die Isolation erhöht jedoch die Wahrscheinlichkeit, dass der Konverter gut und wiederholbar ist. Bei all diesen Wandlern sollte die Energiestrategie darin bestehen, alle Masse-, Positiv- und Negativsignale mit der analogen Ebene zu verbinden. Außerdem sollten die mit dem Eingangssignal verbundenen COM- oder IN-Pins so nah wie möglich am Signal angeschlossen werden.

Bei hochauflösenden A/D-Wandlern mit aufeinanderfolgender Näherung (16-Bit- und 18-Bit-Wandlern) ist zusätzliche Sorgfalt erforderlich, um digitales Rauschen von "leisen" Analogwandlern und der Leistungsebene zu isolieren. Wenn diese Geräte mit dem Einzelchip-Mikrocomputer verbunden sind, sollten externe digitale Puffer verwendet werden, um einen geräuschlosen Betrieb zu erzielen. Obwohl diese Arten von aufeinanderfolgenden Näherungs-A/D-Wandlern normalerweise einen internen Dual-Puffer auf der digitalen Ausgangsseite haben, wird ein externer Puffer verwendet, um die analoge Schaltung im Wandler weiter von digitalen Busrauschen zu isolieren.

Bei hochauflösenden A/D-Wandlern mit aufeinanderfolgender Näherung sollten Stromversorgung und Masse des Wandlers an die analoge Ebene angeschlossen werden. Der Digitalausgang des A/D-Wandlers sollte dann über einen externen Tri-State-Ausgangspuffer gepuffert werden. Neben ihrer hohen Antriebsfähigkeit haben diese Puffer die Funktion, analoge und digitale Seite zu isolieren. Bei hochauflösenden A/D-Wandlern mit aufeinanderfolgender Näherung sollten Stromversorgung und Masse des Wandlers an die analoge Ebene angeschlossen werden. Der Digitalausgang des A/D-Wandlers sollte dann über einen externen Tri-State-Ausgangspuffer gepuffert werden. Neben ihrer hohen Antriebsfähigkeit haben diese Puffer die Funktion, analoge und digitale Seite zu isolieren.

Verkabelungsstrategie für A/D-Wandler mit hohem TYP

Der Silizium-Bereich von A/D-Wandlern mit hohem Typ ist hauptsächlich digital. In den frühen Tagen der Konverter ermutigte der Paradigmenwechsel Benutzer, PCB-Ebenen zu verwenden, um digitales Rauschen von analogem Rauschen zu trennen. Wie bei aufeinanderfolgenden Näherungs-A/D-Wandlern können diese Arten von A/D-Wandlern mehrere analoge, digitale und Power-Pins haben. Digitale oder analoge Konstrukteure ziehen es in der Regel vor, diese Pins zu trennen und mit verschiedenen Ebenen zu verbinden. Diese Tendenz ist jedoch ein Fehler, besonders wenn Sie versuchen, das ernsthafte Rauschproblem von 16-Bit- bis 24-Bit-Geräten zu lösen.

Für einen hochauflösenden A/D-Wandler mit A 10Hz Datenrate kann die Uhr (interne oder externe Uhr) 10MHz oder 20MHz betragen. Dieser Hochfrequenz-Takt wird verwendet, um den Modulator ein- und auszuschalten und den Oversampling-Motor zu betreiben. Für diese Schaltungen werden AGND- und DGND-Pins auf der gleichen Masseebene wie für aufeinanderfolgende Näherungs-A/D-Wandler miteinander verbunden. Auch analoge und digitale Stromanschlüsse sind auf derselben Ebene miteinander verbunden. Die Anforderungen an analoge und digitale Leistungsebenen sind dieselben wie an hochauflösende sukzessive Näherungs-A/D-Wandler.

Es muss ein Grundriss vorhanden sein, d.h. mindestens zwei Paneele. Bei dieser Doppelplatte sollte der Grundriss mindestens 75% der gesamten Grundfläche abdecken. Der Zweck der Masseebene-Schicht ist es, Erdungsimpedanz und induktive Reaktanz zu reduzieren und eine Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und Hochfrequenzstörungen (RFI) bereitzustellen. Wenn eine interne Anschlussverdrahtung auf der Erdungsebene der Platine erforderlich ist, sollte die Verdrahtung so kurz wie möglich und senkrecht zur Erdungsstromschleife sein.

Schlussfolgerung

Bei niedrigen A/D-Wandlern, wie Sechs-Bit-, Acht-Bit- oder vielleicht sogar Zehn-Bit-A/D-Wandlern, ist es in Ordnung, die analogen und digitalen Pins getrennt zu halten. Aber mit zunehmender Auswahl an Konvertern und Auflösungen werden die Verdrahtungsanforderungen immer strenger. Hochauflösende sukzessive Näherungs-A/D-Wandler und A/D-Wandler müssen direkt an die rauscharme analoge Masse und die Leistungsebene angeschlossen werden.