案例分享:高精度ADC電路板的布局與布線方案
發布時間:2016-10-28 責任編輯:sherry
【導讀】最優PCB布局布線對於使ADCdadaoyuqidexingnengshifenzhongyao。dangshejibaohanhunhexinhaoqijiandedianlushi,niyinggaishizhongconglianghaodejiedianpairushou,bingqieshiyongzuijiazujianfangzhiweizhihexinhaoluyouzouxianjiangshejifenweimoni、數字和電源部分。
在設計一個高性能數據采集係統時,勤奮的工程師仔細選擇一款高精度ADC,以yi及ji模mo擬ni前qian端duan調tiao節jie電dian路lu所suo需xu的de其qi他ta組zu件jian。在zai幾ji個ge星xing期qi的de設she計ji工gong作zuo之zhi後hou,執zhi行xing仿fang真zhen並bing優you化hua電dian路lu原yuan理li圖tu,為wei了le趕gan工gong期qi,設she計ji人ren員yuan迅xun速su地di將jiang電dian路lu板ban布bu局ju布bu線xian組zu合he在zai一yi起qi。一yi個ge星xing期qi之zhi後hou,第di一yi個ge原yuan型xing電dian路lu板ban被bei測ce試shi。出chu乎hu預yu料liao,電dian路lu板ban性xing能neng與yu預yu期qi的de不bu一yi樣yang。
最優PCB布局布線對於使ADCdadaoyuqidexingnengshifenzhongyao。dangshejibaohanhunhexinhaoqijiandedianlushi,niyinggaishizhongconglianghaodejiedianpairushou,bingqieshiyongzuijiazujianfangzhiweizhihexinhaoluyouzouxianjiangshejifenweimoni、數字和電源部分。
參考路徑是ADC布局布線中最關鍵的,這是因為所有轉換都是基準電壓的一個函數。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,其原因是基準引腳上會有一個到基準源的動態負載。
由於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終端上,其中的ADC內部電容器陣列在這個位置位時被開啟和充電。基準電壓在每個轉換時鍾周期內必須保持穩定,並且穩定至所需的N位分辨率,否則的話會出現線性誤差和丟碼錯誤。
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
由於這些動態電流,需要使用高質量旁路電容器(CREF)duijizhunyinjiaojinxingquouhecaozuo。cipangludianrongqibeiyongzuoyigedianhecunchuqi,zaizhexiegaopinshunbiandianliuqijiantigongshunshichongdian。niyinggaijiangjizhunpangludianrongqifangzhizaijinliangkaojinjizhunyinjiaodeweizhishang,bingshiyongjiaoduandedidianganlianjiejiangtamenlianjiezaiyiqi。圖2 顯示了針對ADS7851,14位雙ADC(具有兩個獨立電壓基準)的電路板布局布線示例。

圖2.具有兩個獨立內部電壓基準的雙ADC布局布線示例
在這個四層PCB電dian路lu板ban示shi例li中zhong,設she計ji人ren員yuan使shi用yong了le一yi個ge位wei於yu器qi件jian正zheng下xia方fang的de堅jian固gu接jie地di平ping麵mian,並bing且qie將jiang電dian路lu板ban劃hua分fen為wei模mo擬ni和he數shu字zi部bu分fen,以yi使shi敏min感gan輸shu入ru和he基ji準zhun信xin號hao遠yuan離li噪zao聲sheng源yuan。他ta用yong10μF,X7R級,尺寸0805的陶瓷電容器 (CREF-x)來旁路REFOUT-A和REFOUT-B基準輸出,以實現最優性能,並且將他們連接至使用小型0.1 ?串聯電阻的器件上,以保持總體低阻抗和高頻時的恒定阻抗;他還使用寬跡線來減少電感。我強烈建議把CREF與ADC放置在同一層上。你還應該避免在基準引腳和旁路電容器之間放置導孔。ADS7851的每一個基準接地引腳都具有一個單獨的接地連接,而每個旁路電容器都有單獨到接地路徑的電感連接。
如果你正在使用需要一個外部基準源的ADC,你應該盡量減少參考信號路徑中的電感-這個路徑的起點為基準緩衝器輸出到旁路電容器,直到ADC基準輸入。
圖3顯示了使用外部基準和緩衝器的一個18位SAR ADC ADS8881的布局布線示例。

圖3. 具有一個外部基準和緩衝的ADC布局布線示例
通過將電容器放置在引腳的0.1英寸範圍以內,並且將其與寬度為20密耳的跡線和多個尺寸為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少於2nH的水平上。我推薦使用一個額定電壓至少為10V的單個、10uF,X7R級,尺寸0805的陶瓷電容器。
基準緩衝器電路到REF引腳的跡線長度被保持盡可能的短,以確保快速穩定響應。
REF引yin腳jiao的de正zheng確que去qu耦ou合he對dui於yu實shi現xian最zui優you性xing能neng十shi分fen關guan鍵jian。此ci外wai,在zai參can考kao路lu徑jing中zhong保bao持chi低di電dian感gan連lian接jie使shi得de基ji準zhun驅qu動dong電dian路lu在zai轉zhuan換huan期qi間jian保bao持chi穩wen定ding,使shi你ni向xiang獲huo得de所suo需xu的de效xiao果guo又you邁mai進jin了le一yi步bu。
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