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El convertidor analógico (a / d) proviene de ejemplos analógicos, la mayoría de los cuales son analógicos con silicio físico. Con el desarrollo de nuevas topologías de diseño, el paradigma evolucionó hacia el uso de números como el componente principal de los convertidores A / D de baja velocidad. Aunque el convertidor A / D ha pasado de ser un dominio analógico a un dominio digital, los estándares de cableado de placas de PCB se mantienen sin cambios. Cuando los diseñadores de cableado diseñan circuitos de señal híbridos, el cableado efectivo todavía requiere conocimientos clave de cableado. En este artículo, tomando como ejemplo los convertidores A / D de aproximación sucesiva y los convertidores A / D de aà - à, se discuten las estrategias de cableado de PCB necesarias para los convertidores A / D.
El convertidor A / D de aproximación sucesiva tiene una resolución de 8, 10, 12, 16 y 18 dígitos. Inicialmente, el proceso y la estructura de estos convertidores eran bipolares, con una red de resistencias trapezoidales R - 2r. Recientemente, sin embargo, estos dispositivos han sido trasplantados a procesos CMOS que utilizan topologías de distribución de carga capacitiva. Obviamente, esta migración no cambiará la estrategia de enrutamiento del sistema de estos convertidores. Además de los dispositivos de mayor resolución, los métodos básicos de cableado son consistentes. Para estos dispositivos, se debe prestar especial atención a evitar la retroalimentación digital de las interfaces de salida en serie o paralelas del convertidor.
El convertidor utiliza una distribución de carga eléctrica formada por una matriz de condensadores.
En este diagrama de bloques, los muestreadores / retenedores, los comparadores, la mayoría de los convertidores digitales - analógicos (dacs) y los convertidores A / D de aproximación sucesiva de 12 dígitos son analógicos. El resto del circuito es digital. Por lo tanto, la mayor parte de la energía y la corriente necesarias para el convertidor se utilizan en circuitos analógicos internos. El dispositivo solo necesita poca corriente digital, y el convertidor D / A y la interfaz digital solo necesitan unos pocos interruptores.
Estos tipos de convertidores pueden tener múltiples pines de conexión a tierra y fuente de alimentación. Los nombres de pin suelen ser engañosos, ya que las etiquetas de pin se pueden utilizar para distinguir entre conexiones analógicas y digitales. Estas etiquetas no se utilizan para describir la conexión del sistema al pcb, sino para determinar cómo las corrientes digitales y analógicas salen del chip. Conocer esta información y saber que los principales recursos consumidos en el chip son analógicos tiene sentido conectar la fuente de alimentación y el pin de tierra al mismo plano (por ejemplo, el plano analógico).
Para estos dispositivos, generalmente se llaman Dos pines de tierra desde el chip: agnd y dgnd. La fuente de alimentación tiene un pin de plomo. Al realizar el cableado de PCB con estos chips, agnd y dgnd deben conectarse al plano de tierra simulado. Los pines de alimentación analógicos y digitales también deben estar conectados al plano de alimentación analógica o al menos a la pista de Potencia analógica, y los condensadores de derivación adecuados deben estar conectados a una posición lo más cercana posible a cada pin de alimentación. Debido a la limitación del número de pines encapsulados, dispositivos como mcp3201 solo tienen un pin de tierra y un pin de alimentación positiva. Sin embargo, el aislamiento aumenta la posibilidad de que el convertidor sea bueno y repetible. Para todos estos convertidores, la estrategia de alimentación debe ser conectar todos los pines de alimentación de tierra, positiva y negativa al plano analógico. Además, los pines "com" o "in" relacionados con la señal de entrada deben conectarse lo más cerca posible de la señal.
Para los convertidores A / D de aproximación sucesiva de mayor resolución (convertidores de 16 y 18 bits), se debe tener especial cuidado al aislar el ruido digital de los convertidores analógicos "silenciosos" y de los planos de alimentación. cuando estos dispositivos están conectados a un solo chip, se deben utilizar amortiguadores digitales externos para lograr operaciones sin ruido. Aunque estos tipos de convertidores A / D de aproximación sucesiva suelen tener un doble amortiguador interno en el lado de salida digital, se utilizan amortiguadores externos para aislar aún más los circuitos analógicos en el convertidor del ruido del bus digital.
Para los convertidores A / D de aproximación sucesiva de alta resolución, la fuente de alimentación y el suelo del convertidor deben conectarse al plano analógico. La salida digital del convertidor A / D se amortiguará con un amortiguador de salida externo de tres Estados. Además de su alta capacidad de conducción, estos amortiguadores también tienen la función de aislar el lado analógico y digital. Para los convertidores A / D de aproximación sucesiva de alta resolución, la fuente de alimentación y el suelo del convertidor deben conectarse al plano analógico. La salida digital del convertidor A / D se amortiguará con un amortiguador de salida externo de tres Estados. Además de su alta capacidad de conducción, estos amortiguadores también tienen la función de aislar el lado analógico y digital.
Estrategia de enrutamiento para el convertidor A / D de Gaulle - à type
El área de silicio del convertidor A / D de Gaulle - à es principalmente digital. En los primeros días del convertidor, el cambio de paradigma alentó a los usuarios a usar planos de PCB para separar el ruido digital del ruido analógico. Al igual que la aproximación sucesiva de los convertidores A / d, estos tipos de convertidores A / D pueden tener múltiples Pines analógicos, digitales y de alimentación. Los ingenieros de diseño digital o analógico suelen preferir separar estos Pines y conectarlos a diferentes planos. Sin embargo, esta tendencia es errónea, especialmente cuando intenta resolver graves problemas de ruido en dispositivos de 16 a 24 bits.
En el caso de los convertidores A / D de alta resolución aà - à type con una velocidad de datos de 10 hz, el reloj añadido al convertidor (reloj interno o externo) puede ser de 10 MHz o 20 mhz. Este reloj de alta frecuencia se utiliza para encender y apagar el regulador y ejecutar el motor de sobremuestreo. Para estos circuitos, los pines agnd y dgnd están conectados en el mismo plano de tierra que se acerca paso a paso al convertidor A / D. Además, los pines de alimentación analógicos y digitales están conectados en el mismo plano. Los requisitos para los planos de potencia analógicos y digitales son los mismos que para la aproximación sucesiva de alta resolución a los convertidores A / D.
Debe haber un plano, lo que significa que hay al menos dos paneles. En este tablero de doble cara, el plano del piso debe cubrir al menos el 75% de toda la superficie del piso. El objetivo de la formación de tierra es reducir la resistencia a la tierra y la reactancia inductiva, y proporcionar un blindaje contra la interferencia electromagnética (emi) y la interferencia de radiofrecuencia (rfi). Si el lado del plano de tierra de la placa requiere un cableado de conexión interna, el cableado debe ser lo más corto posible y perpendicular al circuito de corriente de tierra.
Conclusiones
Para los convertidores A / D bajos, como los convertidores A / D de seis, ocho e incluso posiblemente diez dígitos, es posible mantener los pines analógicos y digitales sin separación. Sin embargo, a medida que aumenta su selección de convertidores y resoluciones, los requisitos de cableado se vuelven más estrictos. La alta resolución se acerca paso a paso a los convertidores A / D y A / D que requieren una conexión directa al suelo analógico de bajo ruido y al plano de alimentación.
