PCB新聞 - 高精度高解析度模數轉換器PCB佈線科技

在變流器的新設計中, 大多數模數轉換器已成為數位轉換器. 即使有這樣的變化, 這個 PCB電路 接線設計沒有改變. 本文將介紹使用連續近似緩衝類型和Sigma-Delta類型模數轉換器的佈線方法.
一開始, 晶片中的大多數模數轉換器仍然由類比電路組成. 由於 PCB設計, 低速模數轉換器大多已成為數位轉換器. 即使它在晶片中從類比變為數位, 電路板佈線工作沒有改變. 現時情况仍然如此. 當佈線設計師處理混合訊號電路時, 如果他想讓線路正常工作，他仍然需要基本的佈線知識. This article will discuss the use of continuous approximation buffer (SAR) and Sigma-Delta analog-to-digital converter circuit board wiring methods.

連續近似緩衝式變流器接線

SAR模數轉換器的分辯率為8比特、10比特、12比特、16比特，有時為18比特。 起初，這些變流器的製造過程和結構分別是雙載波和R-2R梯形電阻網絡。 然而，這些元件最近已成為使用電容充電和配電科技的CMOS制造技術，並且這些轉換器的系統佈線不會隨著這種過渡而改變。 除了高解析度組件外，基本佈線管道保持不變。 這些元件需要更加注意，以避免轉換器串列或並行輸出介面的數位迴響。

為了估計電路系統和晶片的不同塊結構，SAR轉換器顯然是一個類比設備。

在這個框圖中，採樣/保持、比較器、大多數數模轉換器和12比特合成孔徑雷達都是類比的； 電路的其餘部分是數位的。 囙此，轉換器中的類比電路消耗了大部分功率和電流。 除了數模轉換器和介面中出現的少量開關電流外，數位電路消耗的電流非常小。

這種類型的轉換器有幾個接地和電源引脚。 這些管脚名稱經常被誤解為能够根據管脚名稱區分數位或類比。 然而，這些管脚的名稱並不清楚地表明它們已連接到系統和電路板。 它們是為了區分數位和類比電流是如何流出晶片的。 瞭解這些資訊並理解晶片的主要組件是類比的，囙此電源線和地線放置在同一平面上，例如，類比表面變得有意義。

這些元件通常有兩個接地引脚從晶片中拔出：AGND和DGND。 電源僅使用一個引脚。 在對該晶片的電路板進行佈線時，AGND和DGND應連接到類比接地層； 類比和數位電源引脚也應連接到類比電源平面，或至少連接到類比電源軌跡，添加適當的旁路電容器，並盡可能靠近地和電源引脚。 這些元件只有一個接地引脚和一個電源引脚（如MCP3201）的唯一原因是封裝引脚數量的限制。 然而，如果數位和類比引脚分開，轉換器將具有良好的精度和再現性。

所有變流器的電源接線方法是：將所有接地、正極和負極電源引脚連接到類比表面。 此外，將與輸入信號相關的“COM”或“In”引脚連接到盡可能靠近訊號接地的位置。

高解析度SAR轉換器（16比特和18比特轉換器）需要考慮將數位雜訊與安靜的類比轉換器和功率平面分離。 當將這些組件連接到微控制器時，應使用外部數位緩衝器來實現清潔的操作環境； 雖然這些類型的合成孔徑雷達轉換器通常在數位輸出上具有內部雙緩衝器，但使用外部緩衝器進一步降低了內部類比電路與數位匯流排雜訊的隔離。 該系統的適當功率處理。

圖例：當使用高解析度SAR模數轉換器時，轉換器的電源和接地應連接到類比表面。 模數轉換器的數位輸出應具有緩衝器，並應使用外部3態輸出緩衝器。 這些緩衝器將類比側與數位側分開，並提供高驅動能力。

精確的Sigma-Delta佈線方法

晶片中最精確的Sigma-Delta模數轉換器是數位的。 在早期製造這種轉換器時，用戶通過電路板的銅箔表面將數位雜訊與類比雜訊分離開來。 合成孔徑雷達模數轉換器可能有多個類比接地引脚、數位接地引脚和電源引脚。 同樣，數位或類比設計工程師的一般趨勢是將這些引脚分別連接到各種接地或電源面。 不幸的是，這種趨勢可能會產生誤導，尤其是在解决16到24比特精度組件的雜訊問題時。

資料轉換率為10 Hz的高解析度Sigma-Delta轉換器，其頻率（內部或外部）可高達10 MHz或20 MHz。 該高頻用於維持調製器和超級採樣引擎電路的工作。 與合成孔徑雷達轉換器一樣，該組件的AGND和DGND引脚連接到同一接地層。 此外，類比和數位電源引脚應連接在一起，最好位於電路板的同一層。 功率平面上的類比和數位要求與高解析度SAR轉換器相同。

地平面是必要的，這意味著至少需要一個雙層板。 在這種雙層板上，地平面應至少覆蓋75%的面積。 該接地層的目的是降低接地電阻和電感，隔離電磁干擾和無線電波干擾。 如果訊號跡線不可避免地穿過電路板的接地層，則訊號跡線應盡可能短，並垂直於接地電流回路。

總之

無需分離低分辯率模數轉換器，例如，6比特、8比特甚至10比特轉換器的類比和數位管脚。 然而，隨著所選轉換器的分辯率/精度的新增，佈線條件變得更加嚴格。 高解析度SAR和Sigma-Delta模數轉換器，這兩個組件必須直接連接到低雜訊類比接地和電源平面。

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