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Strategie di layout della scheda PCB richieste per i convertitori A/D
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Strategie di layout della scheda PCB richieste per i convertitori A/D

Strategie di layout della scheda PCB richieste per i convertitori A/D

2022-08-16
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Author:pcb
p>Analog-to-digital (A/D) converters have their origins in the analog paradigm, dove la maggior parte del silicio fisico è analogica. Con lo sviluppo di nuove topologie progettuali, Questo paradigma si è evoluto alla predominanza digitale nella bassa velocità A/Convertitori D. Anche se la A/Convertitore D on-chip è dominato da analogico a digitale dominato, le regole di routing del Scheda PCB avranno cambiato. Quando i progettisti progettano circuiti a segnale misto, Per un routing efficace sono ancora necessarie conoscenze critiche sull'instradamento. Questo articolo avrà una successiva approssimazione A/Convertitori D e sigma-delta A/Convertitori D come esempi per discutere le strategie di layout PCB richieste per A/Convertitori D.

Approssimazione successiva A/I convertitori D sono disponibili in 8 bit, 10 bit, 12 bit, Risoluzione a 16 e 18 bit. Inizialmente, Il processo e la costruzione di questi convertitori era bipolare con una scala di resistenza R-2R. Recentemente, tuttavia, Questi dispositivi sono stati migrati ai processi CMOS utilizzando topologie di distribuzione della carica capacitiva. Chiaramente, Questa migrazione non ha cambiato la strategia di cablaggio del sistema per questi convertitori. Ad eccezione dei dispositivi ad alta risoluzione, il metodo di routing di base è lo stesso. Per questi dispositivi, È necessario prestare particolare attenzione per evitare il feedback digitale dall'interfaccia di uscita seriale o parallela del convertitore. In termini di circuiti e risorse on-chip dedicate a diversi domini, L'analogico domina l'approssimazione successiva A/Convertitori D. La figura 1 è un diagramma a blocchi di una successiva approssimazione A CMOS a 12 bit/Convertitore D.

In questo diagramma a blocchi, il campione/hold, comparatore, most of the digital-to-analog converter (DAC), e l'approssimazione successiva A a 12 bit/I convertitori D sono tutti analogici. Il resto del circuito è digitale. Pertanto, La maggior parte dell'energia e della corrente richieste da questo convertitore va ai circuiti analogici interni. Questo dispositivo richiede pochissima corrente digitale e solo una piccola quantità di commutazione avviene nel D/Un convertitore e l'interfaccia digitale. Questi tipi di convertitori possono avere più pin di connessione a terra e di alimentazione. I nomi dei pin sono spesso fuorvianti perché le connessioni analogiche e digitali possono essere distinte dai numeri dei pin. Questi numeri non sono intesi a descrivere i collegamenti di sistema al Scheda PCB, ma piuttosto per determinare come le correnti digitali e analogiche fuoriescono dal chip. Conoscere queste informazioni, e sapere che la risorsa principale consumata sul chip è analogica, it makes sense to connect the power and ground pins on the same plane (like the analog plane).

Per questi dispositivi, Due perni di massa sono solitamente derivati dal chip: AGND e DGND. L'alimentatore ha un pin out. Quando si utilizzano questi chip per Scheda PCB routing, AGND e DGND devono 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 alle guide di alimentazione analogiche con condensatori bypass appropriati il più vicino possibile a ciascun pin di alimentazione. Dispositivi come il MCP3201 hanno solo un perno di massa e un perno di alimentazione positivo a causa delle limitazioni del numero di pin del pacchetto. Tuttavia, Isolando il terreno aumenta la probabilità che il convertitore sia buono e ripetibile. Per tutti questi convertitori, la strategia energetica dovrebbe essere quella di collegare tutto il terreno, pin di potenza positivi e negativi al piano analogico. Anche, il pin 'COM' o 'IN' associato al segnale di ingresso dovrebbe essere collegato il più vicino possibile al segnale di terra. Per una risoluzione più elevata approssimazione successiva A/Convertitori D (16- and 18-bit converters), È necessaria ulteriore cura per isolare il rumore digitale dai convertitori analogici "silenziosi" e dai piani di potenza. Quando si interfacciano questi dispositivi con microcontrollori, I buffer digitali esterni dovrebbero essere utilizzati per il funzionamento senza rumore. Anche se questi tipi di approssimazione successiva A/I convertitori D hanno tipicamente doppi buffer interni sul lato dell'uscita digitale, Buffer esterni sono utilizzati per isolare ulteriormente i circuiti analogici nel convertitore dal rumore del bus digitale.

La maggior parte dell'area siliconica di un alto sigma-delta A/Il convertitore D è digitale. Nei primi giorni di produzione di tali convertitori, Questo cambiamento di paradigma ha spinto gli utenti a utilizzare il piano PCB per isolare il rumore digitale dal rumore analogico. Come l'approssimazione successiva A/Convertitore Ds, questi tipi di A/I convertitori D possono avere massa analogica multipla, terreno digitale, e perni di alimentazione. I progettisti digitali o analogici generalmente preferiscono separare questi pin e collegarli a piani diversi. Tuttavia, questa tendenza è sbagliata, soprattutto quando si sta cercando di risolvere i gravi problemi di rumore dei dispositivi da 16 a 24 bit. Per un sigma-delta A ad alta risoluzione/Convertitore D con frequenza dati 10Hz, the clock (internal or external) applied to the converter may be 10MHz or 20MHz. Questo orologio ad alta frequenza è utilizzato per commutare il modulatore e far funzionare il motore di sovracampionamento. Per questi circuiti, i perni AGND e DGND sono collegati tra loro sullo stesso piano di terra della successiva approssimazione A/D converter. Anche, i pin analogici e digitali sono preferibilmente collegati tra loro sullo stesso piano. I requisiti per i piani di potenza analogici e digitali sono gli stessi per l'approssimazione successiva ad alta risoluzione A/Convertitori D. Deve esserci un piano di terra., che significa almeno una tavola bifacciale. Su questa scheda bifacciale, il piano di terra deve coprire almeno il 75% dell'intera area del bordo. Lo scopo dello strato del piano di terra è quello di ridurre l'impedenza del suolo e la reattività induttiva, and to provide shielding against electromagnetic interference (EMI) and radio frequency interference (RFI). Se sono necessarie tracce di connessione interne sul lato piano di terra della scheda, mantenere le tracce il più brevi possibile e perpendicolari al ritorno della corrente a terra.

Per la bassa A/Convertitori D, come sei-, otto..., o forse anche dieci bit A/Convertitori D, Va bene che i pin analogici e digitali non siano separati. Ma man mano che la scelta di convertitori e risoluzioni aumenta, così fanno i requisiti di cablaggio. Approssimazione successiva ad alta risoluzione A/Convertitori D e sigma-delta A/I convertitori D richiedono collegamenti diretti a Scheda PCB Piani analogici di terra e potenza a basso rumore.