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A/D変換器に必要なPCBボードレイアウト戦略
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A/D変換器に必要なPCBボードレイアウト戦略

A/D変換器に必要なPCBボードレイアウト戦略

2022-08-16
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Author:pcb
p>Analog-to-digital (A/D) converters have their origins in the analog paradigm, 物理的なシリコンのバルクがアナログであるところ. 新しい設計トポロジーの開発, このパラダイムは低速Aでデジタル優位に進化した/三次元コンバータ. Aであるけれども/オンチップ上のD変換器はアナログディジタルから支配される, のルーティング規則 PCBボード 変わりがない. ルーティング設計者が混合信号回路を設計するとき, 重要なルーティング知識は効果的ルーティングのためにまだ必要である. この記事は逐次近似/Dコンバータとシグマデルタ/のために必要とされるPCBレイアウト戦略を議論する例としてのDコンバータ/三次元コンバータ.

逐次近似/Dコンバータは8ビットで利用できる, 10ビット, 12ビット, 16ビットと18ビットの解像度. 当初, これらのコンバータのプロセスと構成はR - 2 R抵抗器ラダーでバイポーラであった. 最近, しかし, これらのデバイスは容量性電荷分布トポロジーを用いてCMOSプロセスに移行している. 明らかに, この移行はこれらのコンバータのシステム配線戦略を変えなかった. 高解像度デバイスを除く, 基本的なルーティング方法は同じです. これらのデバイス, コンバータのシリアルまたはパラレル出力インターフェイスからのデジタルフィードバックを防ぐために特別な注意が必要です. 異なるドメインに専用の回路とオンチップリソースに関して, アナログは逐次近似を支配する/三次元コンバータ. 図12は、12ビットCMOS逐次近似のブロック図である/三次元コンバータ.

このブロック図で, 標本/ホールド, 比較器, most of the digital-to-analog converter (DAC), と12ビットの逐次近似/Dコンバータはすべてアナログです. 残りの回路はデジタルである. したがって, この変換器によって必要とされるエネルギーおよび電流の大部分は、内部アナログ回路16に入る. この装置は、デジタル電流がほとんど必要であり、Dにおいてわずかなスイッチングしか発生しない/コンバータとディジタルインタフェース. これらのタイプのコンバータは、複数の接地および電源接続ピンを有することができる. ピンという名前はしばしばアナログとデジタル接続をピン番号で区別できるので誤解を招くことが多い. これらの数字は、 PCBボード, しかし、むしろ、デジタルおよびアナログ電流がどのようにチップから流れ出るかを決定する. この情報を知る, そして、チップ上で消費される主な資源がアナログであることを知っている, it makes sense to connect the power and ground pins on the same plane (like the analog plane).

これらのデバイス, つのグランドピンは、通常、チップ. 電源はピンアウトである. これらのチップを使用するとき PCBボード ルーティング, AGNDとDGNDは、アナログ接地面に接続されるべきです. アナログおよびデジタルパワーピンはまた、可能な限り各パワーピンに近接して適切なバイパスコンデンサを備えたアナログ電力プレーンまたは少なくともアナログ電源レールに接続されるべきである. MCP 3201のような装置はパッケージピン数制限により1つの接地ピンと1つの正の電源ピンしか持っていない. しかし, 地面を隔離することは、コンバータが良好で再現性がある可能性を高める. すべてのコンバータ, 電力戦略は、すべての地面を接続する必要があります, アナログプレーンへの正と負の電源ピン. Also, 入力信号に関連した「COM」ピンまたは「IN」ピンは、可能な限り信号グランドの近くに接続されるべきである. 高分解能逐次近似/三次元コンバータ (16- and 18-bit converters), 更なる注意は「静かな」アナログコンバータとパワープレーンからデジタルノイズを隔離するのに必要です. これらのデバイスとマイクロコントローラをインタフェースするとき, 外部デジタルバッファは、雑音のない操作のために使われなければなりません. これらのタイプの逐次近似/Dコンバータは、典型的には、デジタル出力側に内部の二重バッファを有する, 外部バッファは、デジタルバス雑音からコンバータのアナログ回路を更に絶縁するために用いる.

高シグマデルタAのシリコン領域の大部分/Dコンバータ. このようなコンバータの製造の初期に, パラダイムのこのシフトは、ユーザーがアナログノイズからデジタルノイズを隔離するためにPCBプレーンを使用するのを促しました. 逐次近似/三次元コンバータs, これらのタイプ/Dコンバータは、複数のアナロググラウンドを有することができる, デジタルグラウンド, 電源ピン. デジタルまたはアナログ設計エンジニアは、一般にこれらのピンを切り離して、それらを異なる面に接続するのを好みます. しかし, この傾向は間違っている, 特に16ビットのデバイスに16ビットの厳しいノイズの問題を解決しようとしているとき. 高解像度シグマデルタ/10 Hzのデータレートを持つDコンバータ, the clock (internal or external) applied to the converter may be 10MHz or 20MHz. この高周波クロックは、変調器を切り換えるのに使用されて、オーバーサンプリング・エンジンを走らせる. これらの回路, AGND及びDGNDピンは、連続近似A 1と同様に同一のグランドプレーン上に接続される/D converter. Also, アナログおよびデジタルパワーピンは、好ましくは、同じ平面上で一緒に接続される. アナログおよびデジタルパワープレーンの要件は、高分解能逐次近似/三次元コンバータ. 地面がなければならない, これは少なくとも両面板を意味する. この両面板に, グランドプレーンは、ボードエリア全体の少なくとも75 %をカバーする必要があります. グランドプレーン層の目的は、接地インピーダンスおよび誘導リアクタンスを低減することである, and to provide shielding against electromagnetic interference (EMI) and radio frequency interference (RFI). ボードのグランドプレーン側に内部接続トレースが必要な場合, トレースをできるだけ短くして、地面の現在のリターンに垂直にしてください.

Aに対して/三次元コンバータ, 六など, エイト, あるいは10ビットも/三次元コンバータ, アナログおよびデジタルピンが分離されないことは、すばらしい. しかし、コンバータと解像度の選択の増加, だから、配線の要件. 高分解能逐次近似/Dコンバータとシグマデルタ/Dコンバータは、直接接続を必要とする PCBボード 低雑音アナロググラウンドとパワープレーン.