L'actualité PCB - Technologie de câblage PCB convertisseur analogique - numérique haute précision et haute résolution

Dans la nouvelle conception du convertisseur, la plupart des convertisseurs analogiques - numériques sont devenus des convertisseurs numériques. Même avec de tels changements, la conception du câblage du circuit PCB n'a pas changé. Cet article présentera une méthode de câblage utilisant des convertisseurs analogiques - numériques de type tampon à approximation continue et de type Sigma - Delta. Au début, la plupart des convertisseurs analogiques - numériques dans les puces étaient encore constitués de circuits analogiques. En raison de l'amélioration de la conception de PCB, les convertisseurs analogiques - numériques lents sont principalement devenus des convertisseurs numériques. Même si la puce passe de l'analogique au numérique, le travail de câblage de la carte n'a pas changé. La situation actuelle reste la même. Lorsqu'un concepteur de câblage traite des circuits à signaux mixtes, il a encore besoin de connaissances de base en câblage s'il veut que le câblage fonctionne bien. Cet article traitera des méthodes de câblage utilisant des tampons d'approximation continue (SAR) et des cartes de circuit imprimé pour convertisseur analogique - numérique Sigma - Delta.

Câblage approximatif continu du convertisseur de type tampon

Les convertisseurs analogiques - numériques SAR ont des résolutions de 8 bits, 10 bits, 12 bits, 16 bits et parfois 18 bits. Au départ, le procédé de fabrication et la structure de ces convertisseurs étaient respectivement deux réseaux de résistances trapézoïdales porteuses et R - 2R. Cependant, ces composants sont récemment devenus des procédés de fabrication CMOS utilisant des technologies de charge et de distribution de condensateurs, et le câblage systématique de ces convertisseurs ne change pas avec cette transition. La méthode de câblage de base reste la même, à l'exception des composants haute résolution. Ces composants nécessitent une attention accrue pour éviter le retour numérique des interfaces de sortie série ou parallèle du convertisseur.

Pour estimer les différentes structures de blocs d'un système de circuits et d'une puce, le convertisseur SAR est évidemment un dispositif analogique.

Dans ce schéma bloc, l'échantillonnage / maintien, le Comparateur, la plupart des convertisseurs numériques - analogiques et le SAR 12 bits sont analogiques; Le reste du circuit est numérique. Le circuit analogique dans le convertisseur consomme donc la majeure partie de la puissance et du courant. Le circuit numérique consomme très peu de courant, à l'exception du faible courant de commutation apparaissant dans les convertisseurs numériques - analogiques et les interfaces.

Ce type de convertisseur a plusieurs broches de terre et d'alimentation. Ces noms de broches sont souvent mal compris comme étant capables de différencier le numérique ou l'analogique en fonction de leurs noms de broches. Cependant, les noms de ces broches n'indiquent pas clairement qu'ils sont connectés au système et à la carte. Ils sont conçus pour distinguer comment les courants numériques et analogiques sortent de la puce. Connaissant ces informations et comprenant que les principaux composants de la puce sont analogiques, il devient logique de placer les lignes d'alimentation et les lignes de masse dans le même plan, par exemple, pour simuler une surface.

Ces composants ont généralement deux broches de terre tirées de la puce: agnd et dgnd. L'alimentation utilise une seule broche. Lors du câblage de la carte de cette puce, agnd et dgnd doivent être connectés au plan de masse analogique; Les broches d'alimentation analogiques et numériques doivent également être connectées au plan d'alimentation analogique, ou au moins à la piste de puissance analogique, en ajoutant un condensateur de dérivation approprié et aussi près que possible de la terre et des broches d'alimentation. La seule raison pour laquelle ces composants, comme le mcp3201, n'ont qu'une broche de terre et une broche d'alimentation est la limitation du nombre de broches encapsulées. Cependant, si les broches numériques et analogiques sont séparées, le convertisseur aura une bonne précision et reproductibilité.

La méthode de câblage d'alimentation pour tous les convertisseurs est la suivante: connectez toutes les broches d'alimentation de masse, positive et négative à la surface analogique. De plus, Connectez la broche "com" ou "in" associée au signal d'entrée le plus près possible de la masse du signal.

Les convertisseurs SAR haute résolution (convertisseurs 16 et 18 bits) doivent prendre en compte la séparation du bruit numérique des convertisseurs analogiques silencieux et des plans de puissance. Lors de la connexion de ces composants au microcontrôleur, des tampons numériques externes doivent être utilisés pour permettre un environnement de fonctionnement propre; Bien que ces types de convertisseurs SAR comportent généralement une double mémoire tampon interne sur la sortie numérique, l'utilisation d'une mémoire tampon externe réduit encore l'isolation du circuit analogique interne par rapport au bruit du bus numérique. Traitement approprié de l'alimentation de ce système.

Légende: lors de l'utilisation d'un convertisseur analogique - numérique SAR haute résolution, l'alimentation et la mise à la terre du convertisseur doivent être connectées à la surface analogique. La sortie numérique du convertisseur analogique - numérique doit avoir un tampon et un tampon de sortie externe à trois états doit être utilisé. Ces tampons séparent le côté analogique du côté numérique et offrent des capacités de conduite élevées.

Méthode de câblage Sigma - Delta précise

Le convertisseur analogique - numérique Sigma - Delta le plus précis de la puce est numérique. Lors de la fabrication précoce d'un tel convertisseur, l'utilisateur sépare le bruit numérique du bruit analogique par la surface en feuille de cuivre de la carte. Les convertisseurs analogiques - numériques SAR peuvent avoir plusieurs broches analogiques de mise à la terre, des broches numériques de mise à la terre et des broches d'alimentation. De même, la tendance générale chez les ingénieurs en conception numérique ou analogique est de connecter ces broches à divers plans de terre ou d'alimentation, respectivement. Malheureusement, cette tendance peut induire en erreur, en particulier lorsqu'il s'agit de résoudre le problème du bruit des composants de précision de 16 à 24 bits.

Convertisseur Sigma Delta haute résolution avec un taux de conversion de données de 10 Hz, dont la fréquence (interne ou externe) peut atteindre 10 MHz ou 20 MHz. Cette haute fréquence est utilisée pour maintenir le fonctionnement du modulateur et des circuits du moteur de super - échantillonnage. Comme dans le cas des convertisseurs SAR, les broches agnd et dgnd de cet ensemble sont connectées au même plan de masse. En outre, les broches d'alimentation analogiques et numériques doivent être connectées ensemble, de préférence au même niveau de la carte. Les exigences analogiques et numériques sur le plan de puissance sont les mêmes que pour les convertisseurs SAR haute résolution.

Un plan de sol est nécessaire, ce qui signifie qu'au moins un double panneau est nécessaire. Sur ce double panneau, le plan du sol doit couvrir au moins 75% de la surface. Le but de ce plan de masse est de réduire la résistance et l'inductance de la terre et d'isoler les interférences électromagnétiques et les interférences par ondes radio. Si les traces de signal traversent inévitablement le plan de masse de la carte, elles doivent être aussi courtes que possible et perpendiculaires au chemin de retour du courant de terre.

Conclusion

Il n'est pas nécessaire de séparer les broches analogiques et numériques d'un convertisseur analogique - numérique basse résolution, par example un convertisseur 6 bits, 8 bits, voire 10 bits. Cependant, à mesure que la résolution / précision du convertisseur choisi augmente, les conditions de câblage deviennent plus strictes. Convertisseur analogique - numérique SAR et Sigma Delta haute résolution, ces deux composants doivent être connectés directement à la terre analogique à faible bruit et au plan d'alimentation.

Ci - dessus est une introduction à la technologie de câblage PCB convertisseur analogique numérique haute précision et haute résolution. IPCB fournit également des fabricants de PCB et des technologies de fabrication de PCB.