Präzisions-Leiterplattenherstellung, Hochfrequenz-Leiterplatten, mehrschichtige Leiterplatten und Leiterplattenbestückung.
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PCB Board Layout Strategien erforderlich für A/D Wandler
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PCB Board Layout Strategien erforderlich für A/D Wandler

2022-08-16
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Author:pcb
p>Analog-to-digital (A/D) converters have their origins in the analog paradigm, wobei der Großteil des physikalischen Siliziums analog ist. Mit der Entwicklung neuer Designtopologien, Dieses Paradigma hat sich zu digitaler Vorherrschaft in Low-Speed A entwickelt/D Umrichter. Obwohl die A/D-Wandler On-Chip wird von analog zu digital dominiert, die Routing-Regeln der Leiterplatte habe geändert nicht. Wenn Routing-Designer Mischsignalschaltungen entwerfen, Kritische Routingkenntnisse sind weiterhin für effektives Routing erforderlich. Dieser Artikel wird sukzessive Näherung A annehmen/D-Wandler und Sigma-Delta A/D-Wandler als Beispiele zur Diskussion der PCB-Layoutstrategien für A/D Umrichter.

Folgliche Näherung A/D-Wandler sind in 8-Bit erhältlich, 10-Bit, 12-Bit, 16-Bit- und 18-Bit-Auflösung. Anfangs, Der Prozess und die Konstruktion dieser Konverter war bipolar mit einer R-2R Widerstandsleiter. Kürzlich, jedoch, Diese Geräte wurden mittels kapazitiver Ladungsverteilungstopologien in CMOS-Prozesse migriert. Klar, Diese Migration hat die Verdrahtungsstrategie für diese Konverter nicht geändert. Mit Ausnahme der Geräte mit höherer Auflösung, die grundlegende Routing-Methode ist die gleiche. Für diese Geräte, Besondere Vorsicht ist geboten, um ein digitales Feedback von der seriellen oder parallelen Ausgangsschnittstelle des Konverters zu verhindern. In Bezug auf Schaltungen und On-Chip-Ressourcen für verschiedene Bereiche, Analog dominiert sukzessive Näherung A/D Umrichter. Abbildung 1 ist ein Blockdiagramm einer 12-Bit CMOS sukzessiven Näherung A/D-Konverter.

In diesem Blockdiagramm, die Probe/Halten, Komparator, most of the digital-to-analog converter (DAC), und die 12-Bit aufeinanderfolgende Näherung A/D-Wandler sind alle analog. Der Rest der Schaltung ist digital. Daher, Der größte Teil der von diesem Konverter benötigten Energie und Strom geht an die interne analoge Schaltung. Dieses Gerät benötigt sehr wenig Digitalstrom und nur eine geringe Schaltmenge erfolgt in der D/Ein Konverter und die digitale Schnittstelle. Diese Arten von Konvertern können mehrere Massen- und Stromanschlussstifte haben. Pin-Namen sind oft irreführend, da analoge und digitale Verbindungen durch Pin-Nummern unterschieden werden können. Diese Zahlen dienen nicht dazu, die Systemverbindungen zu beschreiben. Leiterplatte, sondern um zu bestimmen, wie digitale und analoge Ströme aus dem Chip fließen. Kenntnis dieser Informationen, und zu wissen, dass die wichtigste Ressource, die auf dem Chip verbraucht wird, analog ist, it makes sense to connect the power and ground pins on the same plane (like the analog plane).

Für diese Geräte, Aus dem Chip werden normalerweise zwei Massepunkte abgeleitet: AGND und DGND. Das Netzteil hat einen Pin out. Bei Verwendung dieser Chips für Leiterplatte Routing, AGND und DGND sollten an die analoge Masseebene angeschlossen werden. Die analogen und digitalen Leistungspins sollten auch mit der analogen Leistungsebene oder zumindest den analogen Stromschienen mit entsprechenden Bypass-Kondensatoren so nah wie möglich an jedem Leistungspin angeschlossen werden. Geräte wie das MCP3201 haben nur einen Massepunkt und einen positiven Stromversorgungspin aufgrund von Beschränkungen der Paketpinanzahl. Allerdings, Isolierung des Bodens erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass der Konverter gut und wiederholbar ist. Für all diese Konverter, Die Energiestrategie sollte sein, alle Erdung zu verbinden, Positive und negative Leistungspins zur analogen Ebene. Auch, Der mit dem Eingangssignal verbundene COM-Pin oder IN-Pin sollte so nah wie möglich an der Signalmasse angeschlossen werden. Für höhere Auflösung sukzessive Näherung A/D Umrichter (16- and 18-bit converters), Zusätzliche Sorgfalt ist erforderlich, um digitales Rauschen von "leisen" Analogwandlern und Leistungsebenen zu isolieren. Bei der Anbindung dieser Geräte an Mikrocontroller, Externe digitale Puffer sollten für einen geräuschlosen Betrieb verwendet werden. Obwohl diese Arten der aufeinanderfolgenden Näherung A/D-Wandler verfügen typischerweise über interne Doppelpuffer auf der digitalen Ausgangsseite, Externe Puffer werden verwendet, um die analoge Schaltung im Konverter weiter von digitalen Busrauschen zu isolieren.

Der Großteil der Siliziumfläche eines hohen Sigma-Delta A/D Konverter ist digital. In den frühen Tagen der Produktion solcher Konverter, Dieser Paradigmenwechsel veranlasste Benutzer, die Leiterplattenebene zu verwenden, um digitales Rauschen vom analogen Rauschen zu isolieren. Wie sukzessive Näherung A/D-Konverters, diese Arten von A/D-Wandler können mehrere analoge Masse haben, digitaler Boden, und Netzteilpins. Digitale oder analoge Konstrukteure ziehen es in der Regel vor, diese Pins zu trennen und an verschiedene Ebenen anzuschließen. Allerdings, diese Tendenz ist falsch, Besonders wenn Sie versuchen, die schweren Rauschprobleme von 16-Bit- bis 24-Bit-Geräten zu lösen. Für ein hochauflösendes Sigma-Delta A/D Konverter mit einer 10Hz Datenrate, the clock (internal or external) applied to the converter may be 10MHz or 20MHz. Diese Hochfrequenz-Uhr wird verwendet, um den Modulator zu schalten und den Oversampling-Motor zu betreiben. Für diese Schaltungen, Die AGND- und DGND-Stifte sind auf derselben Masseebene wie in der aufeinanderfolgenden Näherung A miteinander verbunden/D converter. Auch, Die analogen und digitalen Stromanschlüsse sind vorzugsweise auf derselben Ebene miteinander verbunden. Die Anforderungen an analoge und digitale Leistungsebenen sind dieselben wie für hochauflösende sukzessive Näherung A/D Umrichter. Es muss eine Bodenfläche geben., das bedeutet mindestens eine doppelseitige Platte. Auf diesem doppelseitigen Brett, Die Bodenfläche sollte mindestens 75% der gesamten Leiterplattenfläche abdecken. Der Zweck der Masseebene-Schicht ist es, Erdimpedanz und induktive Reaktanz zu reduzieren, and to provide shielding against electromagnetic interference (EMI) and radio frequency interference (RFI). Wenn interne Verbindungsspuren auf der Masseseite der Platine erforderlich sind, Halten Sie die Leiterbahnen so kurz wie möglich und senkrecht zur Erdstromrückführung.

Für niedriges A/D Umrichter, wie sechs-, acht-, oder sogar zehn-Bit A/D Umrichter, Es ist in Ordnung, dass die analogen und digitalen Pins nicht getrennt sind. Aber mit zunehmender Auswahl an Konvertern und Auflösungen, auch die Verdrahtungsanforderungen. Hochauflösende aufeinanderfolgende Näherung A/D-Wandler und Sigma-Delta A/D-Wandler benötigen direkte Verbindungen zu Leiterplatte Rauscharme analoge Boden- und Leistungsflugzeuge.