在設(shè)計高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，勤奮的工程師仔細(xì)選擇高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)以及模擬前端調(diào)節(jié)電路所需的其他元件。
在幾個星期的設(shè)計工作之后，執(zhí)行模擬并優(yōu)化電路原理圖，為了趕工期，設(shè)計人員迅速地將電路板布局布線組合在一起。
一個星期之后，對第一個原型電路板進行測試。出乎預(yù)料的是，電路板性能與預(yù)期的不一樣。
這種情景在你身上發(fā)生過嗎？
最優(yōu)PCB布局布線對于使ADC達(dá)到預(yù)期的性能至關(guān)重要。當(dāng)設(shè)計包含混合信號器件的電路時，應(yīng)該始終從良好的接地安排入手，并且使用最佳元件放置位置和信號走線將設(shè)計分為模擬、數(shù)字和電源部分。
參考路徑是ADC布局布線中最關(guān)鍵的，這是因為所有轉(zhuǎn)換都是基準(zhǔn)電壓的函數(shù)。在傳統(tǒng)逐次逼近寄存器 (SAR) ADC架構(gòu)中，參考路徑也是最敏感的，因為基準(zhǔn)引腳上有到基準(zhǔn)源的動態(tài)負(fù)載。
由于基準(zhǔn)電壓在每次轉(zhuǎn)換期間被數(shù)次采樣，高電流瞬變出現(xiàn)在這個終端上，其中ADC內(nèi)部電容器陣列在這個位置位時被開啟和充電。
基準(zhǔn)電壓在每個轉(zhuǎn)換時鐘周期內(nèi)必須保持穩(wěn)定，并且穩(wěn)定至所需的N位分辨率，否則的話會出現(xiàn)線性誤差和丟碼錯誤。
圖1顯示典型12位SAR ADC基準(zhǔn)終端上的轉(zhuǎn)換階段期間的電流瞬變。
圖1. 12位SAR ADC基準(zhǔn)引腳上的電流瞬變
由于這些動態(tài)電流，需要使用高質(zhì)量旁路電容器(CREF)對基準(zhǔn)引腳進行去耦合操作。
此旁路電容器用作一個電荷存儲器，在這些高頻瞬變電流期間提供瞬時充電。應(yīng)該將基準(zhǔn)旁路電容器放置在盡量靠近基準(zhǔn)引腳的位置上，并使用較短的低電感連接將它們連接在一起。
圖2為有兩個獨立內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的14位雙ADC ADS7851的電路板布局布線示例。
圖2. 具有兩個獨立內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的雙ADC布局布線示例
在這個四層PCB電路板示例中，設(shè)計人員使用了位于元件正下方的堅固接地平面，并將電路板劃分為模擬和數(shù)字部分，以使敏感輸入和基準(zhǔn)信號遠(yuǎn)離噪聲源。
他用10μF，X7R級，0805尺寸的陶瓷電容器 (CREF-x) 來旁路REFOUT-A和REFOUT-B基準(zhǔn)輸出，以實現(xiàn)最優(yōu)性能，并且將他們連接至使用小型0.1 ?串聯(lián)電阻的元件上，以保持總體阻抗高頻時較低且恒定。他還使用寬跡線來減少電感。
我強烈建議把CREF與ADC放在同一層上。還應(yīng)該避免在基準(zhǔn)引腳和旁路電容器之間放置導(dǎo)孔。ADS7851的每一個基準(zhǔn)接地引腳都有單獨的接地連接，而每個旁路電容器都有到接地路徑的低電感連接。
如果你正在使用需要外部基準(zhǔn)源的ADC，你應(yīng)該盡量降低參考信號路徑中的電感——從基準(zhǔn)緩沖器輸出到旁路電容器，到ADC基準(zhǔn)輸入。
圖3為使用外部基準(zhǔn)和緩沖器的18位SAR ADC ADS8881的布局布線示例。通過將電容器放置在引腳的0.1英寸范圍以內(nèi)，并且將其與寬度為20密耳的跡線和多個15密耳的接地導(dǎo)孔相連，設(shè)計人員將基準(zhǔn)電容器和REF引腳之間的電感保持在小于2nH的水平上。
我推薦使用額定電壓至少為10V的單個，10uF，X7R級，0805尺寸的陶瓷電容器。
基準(zhǔn)緩沖器電路到REF引腳的跡線長度保持為盡可能的短，以確?？焖俜€(wěn)定響應(yīng)。
REF引腳的正確去耦合對于實現(xiàn)最優(yōu)性能十分關(guān)鍵。此外，在參考路徑中保持低電感連接使得基準(zhǔn)驅(qū)動電路在轉(zhuǎn)換期間保持穩(wěn)定，使你向獲得所需的效果又邁進了一步。
圖3. 具有外部基準(zhǔn)和緩沖器的ADC布局布線示例
相信燒友們看完這么多布線指南對我們的布局已經(jīng)有了更加深刻全面的了解，那么我們將再告訴燒友們設(shè)計完成以后，就要進入PCB生產(chǎn)。在這個快節(jié)奏的時代，我們總是希望24小時極速打樣，速度快質(zhì)量好。今天下單，明天出板，華強PCB品質(zhì)，客戶一直很信賴！
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