在設計高性能數據采集系統時(shí)，勤奮的工程師仔細選擇高精度模數轉換器(ADC)以及模擬前端調節電路所需的其他元件。
在幾個(gè)星期的設計工作之后，執行模擬并優(yōu)化電路原理圖，為了趕工期，設計人員迅速地將電路板布局布線(xiàn)組合在一起。
一個(gè)星期之后，對第一個(gè)原型電路板進(jìn)行測試。出乎預料的是，電路板性能與預期的不一樣。
這種情景在你身上發(fā)生過(guò)嗎？
最優(yōu)PCB布局布線(xiàn)對于使ADC達到預期的性能至關(guān)重要。當設計包含混合信號器件的電路時(shí)，應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(xiàn)將設計分為模擬、數字和電源部分。
參考路徑是ADC布局布線(xiàn)中最關(guān)鍵的，這是因為所有轉換都是基準電壓的函數。在傳統逐次逼近寄存器 (SAR) ADC架構中，參考路徑也是最敏感的，因為基準引腳上有到基準源的動(dòng)態(tài)負載。
由于基準電壓在每次轉換期間被數次采樣，高電流瞬變出現在這個(gè)終端上，其中ADC內部電容器陣列在這個(gè)位置位時(shí)被開(kāi)啟和充電。
基準電壓在每個(gè)轉換時(shí)鐘周期內必須保持穩定，并且穩定至所需的N位分辨率，否則的話(huà)會(huì )出現線(xiàn)性誤差和丟碼錯誤。
圖1顯示典型12位SAR ADC基準終端上的轉換階段期間的電流瞬變。
圖1. 12位SAR ADC基準引腳上的電流瞬變
由于這些動(dòng)態(tài)電流，需要使用高質(zhì)量旁路電容器(CREF)對基準引腳進(jìn)行去耦合操作。
此旁路電容器用作一個(gè)電荷存儲器，在這些高頻瞬變電流期間提供瞬時(shí)充電。應該將基準旁路電容器放置在盡量靠近基準引腳的位置上，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(gè)獨立內部電壓基準的14位雙ADC ADS7851的電路板布局布線(xiàn)示例。
圖2. 具有兩個(gè)獨立內部電壓基準的雙ADC布局布線(xiàn)示例
在這個(gè)四層PCB電路板示例中，設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字部分，以使敏感輸入和基準信號遠離噪聲源。
他用10μF，X7R級，0805尺寸的陶瓷電容器 (CREF-x) 來(lái)旁路REFOUT-A和REFOUT-B基準輸出，以實(shí)現最優(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(shí)較低且恒定。他還使用寬跡線(xiàn)來(lái)減少電感。
我強烈建議把CREF與ADC放在同一層上。還應該避免在基準引腳和旁路電容器之間放置導孔。ADS7851的每一個(gè)基準接地引腳都有單獨的接地連接，而每個(gè)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源的ADC，你應該盡量降低參考信號路徑中的電感——從基準緩沖器輸出到旁路電容器，到ADC基準輸入。
圖3為使用外部基準和緩沖器的18位SAR ADC ADS8881的布局布線(xiàn)示例。通過(guò)將電容器放置在引腳的0.1英寸范圍以?xún)?，并且將其與寬度為20密耳的跡線(xiàn)和多個(gè)15密耳的接地導孔相連，設計人員將基準電容器和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(gè)，10uF，X7R級，0805尺寸的陶瓷電容器。
基準緩沖器電路到REF引腳的跡線(xiàn)長(cháng)度保持為盡可能的短，以確?？焖俜€定響應。
REF引腳的正確去耦合對于實(shí)現最優(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驅動(dòng)電路在轉換期間保持穩定，使你向獲得所需的效果又邁進(jìn)了一步。
圖3. 具有外部基準和緩沖器的ADC布局布線(xiàn)示例
相信燒友們看完這么多布線(xiàn)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計完成以后，就要進(jìn)入PCB生產(chǎn)。在這個(gè)快節奏的時(shí)代，我們總是希望24小時(shí)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(hù)一直很信賴(lài)！
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