PCBニュース - 高精度・高分解能アナログ・ディジタル変換器PCB配線技術

コンバータの新設計, アナログデジタル変換器の大部分はデジタルになった. こんな変化であっても, the PCB回路 配線設計変更. 連続近似バッファ型とシグマデルタ型アナログ・ディジタル変換器を用いた配線方法を紹介します.
初めに, チップ内のアナログ・デジタル変換器の大部分は、依然としてアナログ回路で構成されている. 改善のために PCB設計, 低速アナログデジタル変換器は、主にデジタルになる. チップでアナログからデジタルに変わっても, 回路基板の配線作業は変更されていない. これは今のところまだそうです. 配線設計者が混合信号回路を扱うとき, 彼はまだ配線の仕事をしたい場合は基本的な配線の知識が必要です. This article will discuss the use of continuous approximation buffer (SAR) and Sigma-Delta analog-to-digital converter circuit board wiring methods.

連続近似バッファ型コンバータ配線

SARアナログデジタル変換器の分解能は、8ビット、10ビット、12ビット、16ビット、時には18ビットである。初めに、これらのコンバータの製造プロセスおよび構造は、それぞれ2つのキャリアおよびR－2 Rラダー抵抗器ネットワークであった。しかしながら、これらの部品は、最近では、キャパシタの充電および分配技術を使用するCMOS製造プロセスとなり、これらの変換器のシステム配線はこの移行に伴って変化しない。高解像度コンポーネントを除いて、配線の基本的な方法は同じままです。これらのコンポーネントは、コンバータのシリアルまたはパラレル出力インターフェースのデジタルフィードバックを避けるためにより注意を払う必要がある。

回路システムとチップの異なるブロック構造を推定するために，sarコンバータは明らかにアナログ装置である。

このブロックダイヤグラムにおいて、サンプル/ホールド、コンパレータ、大部分のデジタル-アナログ変換器および12ビットのSARは、全てのアナログである残りの回路はデジタルである。その結果、コンバータのアナログ回路は、電力および電流の大部分を消費する。デジタル・アナログ変換器およびインターフェースで起こるスイッチング電流の少量を除いて、デジタル回路は非常に少ない電流を消費する。

この種のコンバータは、いくつかのグランドおよびパワーピンを有する。これらのピン名は、しばしば彼らのピン名に基づいてデジタルまたはアナログを区別することができると誤解されます。しかし、これらのピンの名称は、システム及び回路基板に接続されていることを明確に示していない。デジタルおよびアナログ電流がチップからどのように流れるかを区別する。この情報を理解し、チップの主要な構成要素がアナログであるという理解を知っているので、電源および接地線が同じ平面上に置かれるように、例えば、アナログ面は意味があるようになる。

これらの構成要素は通常、2つの接地ピンをチップから引き抜かれる。電源は1ピンのみを使用します。このチップの回路基板を配線するとき、AGNDおよびDGNDはアナロググランドプレーンに接続されるべきであるアナログおよびデジタルパワーピンはまた、アナログ電力面に接続されるべきであるか、少なくともアナログ電力トレースに接続され、適切なバイパスコンデンサ及び場所を可能な限り接地及び電力ピンに近づける。これらの構成要素が1つの接地ピンとMCP 3201のような1つの電源ピンとを有する唯一の理由は、パッケージピンの数の制限のためである。しかし、デジタルおよびアナログピンが分離される場合、変換器は良い精度と再現性を有する。

すべてのコンバータの電源配線方法は、すべての接地、正および負の電源ピンをアナログ表面に接続します。加えて、入力信号に関連する「COM」または「IN」ピンをできるだけ信号グランドに近づける。

高分解能SARコンバータ（16および18ビット変換器）は、静かなアナログコンバータおよびパワープレーンからデジタルノイズを分離することを考慮する必要がある。これらのコンポーネントをマイクロコントローラに接続するときには、外部のデジタルバッファを使用して、クリーンな動作環境を達成する必要があるこれらのタイプのSARコンバータは、通常、デジタル出力上に内部の二重バッファを有するが、外部バッファの使用はさらに、内部アナログ回路をデジタルバスノイズから分離する。このシステムの適切なパワーハンドリング。

伝説：高解像度SARアナログデジタル変換器を使用するとき、コンバータ電力およびグランドは、アナログ表面に接続されるべきである。アナログデジタル変換器のディジタル出力はバッファを有し、外部3状態出力バッファを使用すべきである。これらのバッファは、アナログ側をデジタル側から分離し、高い駆動能力を提供する。

高精度シグマデルタ配線法

チップ内の最も正確なシグマデルタアナログデジタル変換器はディジタルである。この種の変換器を早期に製造する場合，回路基板の銅箔表面によりアナログノイズからディジタルノイズを分離した。SARアナログデジタル変換器は、複数のアナログ接地ピン、デジタル接地ピン、およびパワーピンを有し得る。再び、デジタルまたはアナログ設計技術者の一般的な傾向は、これらのピンを様々な接地またはパワープレーンに接続することである。残念なことに、この傾向は、特に16～24ビットの精密なコンポーネントの雑音問題を解決するとき、誤解を招くことがありえます。

10 Hzのデータ変換率を有する高解像度シグマデルタコンバータおよびその周波数（内部または外部）は、10 MHzまたは20 MHzと同じくらい高いことができます。この高周波は、変調器及び超サンプリングエンジン回路の動作を維持するために使用される。SARコンバータの場合と同様に、この構成要素のAGND及びDGNDピンは同一のグランドプレーンに接続されている。加えて、アナログおよびデジタルパワーピンは一緒に接続されなければならない。そして、それは回路基板の同じレイヤーにあるほうがよい。パワープレーン上のアナログおよびデジタル要件は、高分解能SARコンバータと同じである。

接地面は必要である。そして、それは少なくとも二重層ボードが必要であることを意味する。この2層のボードでは、グランドプレーンは地域の少なくとも75 %をカバーする必要があります。このグラウンドプレーンの目的は接地抵抗とインダクタンスを低減し，電磁干渉と電波干渉を分離することである。信号トレースが回路基板のグランドプレーンを通過することが不可避であるならば、信号トレースは可能な限り短く、接地電流リターンパスに垂直でなければならない。

結論として

例えば、6ビット、8ビット、あるいは10ビット変換器のアナログピンとデジタルピンとを分離する必要がない。しかし、選択されたコンバータの解像度／精度が増加するにつれて、配線条件がより厳しくなる。高解像度SARとシグマデルタアナログ-デジタル変換器、これらの2つの構成要素は、直接下の雑音アナログ地面とパワープレーンに接続しなければなりません。

以上が高精度・高分解能アナログ・デジタル変換器PCB配線技術の紹介である. IPCBも提供 PCBメーカー とPCB製造技術.