Notizie PCB - Tecnologia di cablaggio PCB convertitore analogico-digitale ad alta precisione e risoluzione

Nel nuovo design del convertitore, la maggior parte dei convertitori analogico-digitali sono diventati digitali. Anche con tali cambiamenti, il design del cablaggio del circuito PCB non è cambiato. Questo articolo introdurrà il metodo di cablaggio di utilizzare il tipo buffer di approssimazione continua e il convertitore analogico-digitale di tipo Sigma-Delta. In un primo momento, la maggior parte dei convertitori analogico-digitale nel chip sono ancora composti da circuiti analogici. A causa del miglioramento del design del PCB, i convertitori lenti analogico-digitale sono diventati per lo più digitali. Anche se cambia da analogico a digitale nel chip, il lavoro di cablaggio del circuito stampato non è cambiato. Questo è ancora il caso. Quando un progettista di cavi si occupa di circuiti a segnale misto, ha ancora bisogno di conoscenze di base di cablaggio se vuole far funzionare bene il cablaggio. Questo articolo discuterà l'uso del buffer di approssimazione continua (SAR) e dei metodi di cablaggio del circuito convertitore analogico-digitale Sigma-Delta.

Cablaggio di tipo buffer di approssimazione continua

La risoluzione del convertitore analogico-digitale SAR è 8-bit, 10-bit, 12-bit, 16-bit e talvolta 18-bit. All'inizio, il processo di produzione e la struttura di questi convertitori erano due-carrier e reti di resistenza scala R-2R, rispettivamente. Tuttavia, questi componenti sono recentemente diventati processi di produzione CMOS che utilizzano la tecnologia di ricarica e distribuzione dei condensatori e il cablaggio del sistema di questi convertitori non cambierà con questa transizione. Ad eccezione dei componenti ad alta risoluzione, il modo di base di cablaggio rimane lo stesso. Questi componenti devono prestare maggiore attenzione per evitare il feedback digitale dell'interfaccia di uscita seriale o parallela del convertitore.

Per stimare la diversa struttura del blocco del circuito e del chip, il convertitore SAR è ovviamente un dispositivo analogico.

In questo diagramma a blocchi, il campione/hold, il comparatore, la maggior parte dei convertitori digitali-analogici e la SAR a 12 bit sono tutti analogici; Il resto del circuito è digitale. Di conseguenza, il circuito analogico nel convertitore consuma la maggior parte della potenza e della corrente. Fatta eccezione per la piccola quantità di corrente di commutazione che si verifica nel convertitore digitale-analogico e nell'interfaccia, il circuito digitale consuma pochissima corrente.

Questo tipo di convertitore ha diversi pin di terra e di alimentazione. Questi nomi di pin sono spesso fraintesi come in grado di distinguere digitale o analogico in base ai loro nomi di pin. Tuttavia, i nomi di questi pin non indicano chiaramente che sono collegati al sistema e al circuito stampato. Essi devono distinguere come corrente digitale e analogica fluisce fuori dal chip. Conoscendo queste informazioni e comprendendo che il componente principale del chip è analogico, in modo che le linee di alimentazione e di terra sono posizionate sullo stesso piano, ad esempio, la superficie analogica diventa significativa.

Questi componenti di solito hanno due perni di terra estratti dal chip: AGND e DGND. L'alimentatore usa solo un perno. Quando si collega il circuito stampato di questo chip, AGND e DGND dovrebbero essere collegati al piano di terra analogico; i pin di alimentazione analogici e digitali dovrebbero anche essere collegati al piano di alimentazione analogico, o almeno alla traccia di alimentazione analogica, aggiungere condensatori bypass appropriati e posizionare il più vicino possibile a terra e pin di alimentazione. L'unico motivo per cui questi componenti hanno un solo pin di massa e un pin di alimentazione come MCP3201 è a causa della limitazione del numero di pin del pacchetto. Tuttavia, se i pin digitali e analogici sono separati, il convertitore avrà una buona precisione e riproducibilità.

Il metodo di cablaggio di tutti i convertitori è: collegare tutti i pin di alimentazione a terra, positivi e negativi alla superficie analogica. Inoltre, collegare i pin "COM" o "IN" relativi al segnale di ingresso il più vicino possibile alla massa del segnale.

I convertitori SAR ad alta risoluzione (convertitori a 16 e 18 bit) devono considerare la separazione del rumore digitale dal convertitore analogico silenzioso e dal piano di potenza. Quando si collegano questi componenti al microcontrollore, si dovrebbe utilizzare un buffer digitale esterno per ottenere un ambiente operativo pulito; Anche se questi tipi di convertitori SAR di solito hanno doppi buffer interni sull'uscita digitale, l'uso di buffer esterni riduce ulteriormente il rumore del bus digitale. Gestione dell'energia adeguata per questo sistema.

Legenda: Quando si utilizza un convertitore analogico-digitale SAR ad alta risoluzione, l'alimentazione del convertitore e la messa a terra dovrebbero essere collegati alla superficie analogica. L'uscita digitale del convertitore analogico-digitale dovrebbe avere un buffer e un buffer esterno di uscita a tre stati dovrebbe essere utilizzato. Questi buffer separano il lato analogico dal lato digitale e forniscono un'elevata capacità di azionamento.

Metodo preciso di cablaggio Sigma-Delta

I convertitori analogico-digitale Sigma-Delta più accurati nel chip sono digitali. Durante la produzione di questo tipo di convertitore nei primi giorni, gli utenti hanno separato il rumore digitale dal rumore analogico dalla superficie del foglio di rame del circuito stampato. Il convertitore analogico-digitale SAR può avere più pin di terra analogici, pin di terra digitali e pin di alimentazione. Ancora una volta, la tendenza generale dei progettisti digitali o analogici è quella di collegare questi pin a vari piani di terra o di potenza, rispettivamente. Purtroppo, questa tendenza può essere fuorviante, soprattutto quando si risolve il problema del rumore di componenti di precisione da 16 a 24 bit.

Un convertitore Sigma-Delta ad alta risoluzione con una velocità di conversione dei dati di 10 Hz e la sua frequenza (interna o esterna) può arrivare a 10 MHz o 20 MHz. Questa alta frequenza è utilizzata per mantenere il funzionamento del modulatore e del circuito motore di super-campionamento. Come nel caso del convertitore SAR, i perni AGND e DGND di questo componente sono collegati allo stesso piano di terra. Inoltre, i pin di alimentazione analogici e digitali dovrebbero essere collegati insieme ed è meglio essere sullo stesso strato del circuito stampato. I requisiti analogici e digitali sul piano di potenza sono gli stessi del convertitore SAR ad alta risoluzione.

Il piano di terra è necessario, il che significa che è necessaria almeno una tavola a doppio strato. Su questa tavola a doppio strato, il piano di terra dovrebbe coprire almeno il 75% dell'area. Lo scopo di questo piano di terra è quello di ridurre la resistenza alla messa a terra e l'induttanza e di isolare le interferenze elettromagnetiche e le interferenze delle onde radio. Se è inevitabile che le tracce del segnale passino attraverso il piano di terra del circuito stampato, le tracce del segnale devono essere il più brevi possibile e perpendicolari al percorso di ritorno della corrente di terra.

in conclusione

Non è necessario separare i convertitori analogico-digitale a bassa risoluzione, ad esempio i pin analogici e digitali di un convertitore a 6 bit, 8 bit o persino 10 bit. Tuttavia, man mano che la risoluzione/precisione del convertitore selezionato aumenta, le condizioni di cablaggio diventano più severe. Convertitori analogico-digitale SAR e Sigma-Delta ad alta risoluzione, questi due componenti devono essere collegati direttamente al piano di terra analogico e di potenza a basso rumore.

Quanto sopra è l'introduzione della tecnologia di cablaggio PCB convertitore analogico-digitale ad alta precisione e risoluzione. Ipcb fornisce anche produttori di PCB e tecnologia di produzione PCB.