中心議題：

• 連續逼近緩存器型轉換器布線
• 精確的Sigma-Delta布線方式

轉zhuan換huan器qi在zai新xin設she計ji型xing態tai改gai進jin下xia，大da多duo模mo擬ni數shu字zi轉zhuan換huan器qi多duo變bian成cheng數shu字zi式shi。即ji使shi如ru此ci的de改gai變bian，電dian路lu布bu線xian的de設she計ji並bing無wu改gai變bian，本ben文wen將jiang介jie紹shao使shi用yong連lian續xu逼bi近jin緩huan存cun器qi型xing與yuSigma-Delta型的模擬數字轉換器之布線方式。　　

最(zui)初(chu)模(mo)擬(ni)數(shu)字(zi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)在(zai)芯(xin)片(pian)中(zhong)大(da)部(bu)份(fen)仍(reng)為(wei)模(mo)擬(ni)的(de)電(dian)路(lu)組(zu)成(cheng)。由(you)於(yu)新(xin)設(she)計(ji)型(xing)態(tai)的(de)改(gai)進(jin)，慢(man)速(su)的(de)模(mo)擬(ni)數(shu)字(zi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)大(da)多(duo)變(bian)成(cheng)數(shu)字(zi)式(shi)。即(ji)使(shi)在(zai)芯(xin)片(pian)中(zhong)從(cong)模(mo)擬(ni)變(bian)成(cheng)數(shu)字(zi)，電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)線(xian)工(gong)作(zuo)並(bing)沒(mei)有(you)改(gai)變(bian)。目(mu)前(qian)仍(reng)是(shi)如(ru)此(ci)
，布(bu)線(xian)設(she)計(ji)者(zhe)在(zai)處(chu)理(li)混(hun)合(he)訊(xun)號(hao)電(dian)路(lu)時(shi)，想(xiang)使(shi)布(bu)線(xian)成(cheng)效(xiao)良(liang)好(hao)
，仍(reng)需(xu)基(ji)本(ben)的(de)布(bu)線(xian)常(chang)識(shi)。本(ben)文(wen)將(jiang)探(tan)討(tao)使(shi)用(yong)連(lian)續(xu)逼(bi)近(jin)緩(huan)存(cun)器(qi)型(xing)（SAR）與Sigma-Delta型的模擬數字轉換器之電路板布線方式。　　

連續逼近緩存器型轉換器布線　　

SAR 模擬數字轉換器之分辨率有 8 位、10 位、12 位、16 位，有時也有 18 位。起初，這些轉換器之製造程序和結構，分別是雙載子及 R-2R階梯電阻網絡。但最近這些組件已變成為使用電容充電分配技術的 CMOS 製zhi造zao程cheng序xu，這zhe些xie轉zhuan換huan器qi的de係xi統tong布bu線xian方fang式shi，不bu會hui隨sui這zhe個ge轉zhuan變bian而er改gai變bian。除chu高gao分fen辨bian率lv組zu件jian外wai，布bu線xian的de基ji本ben方fang式shi仍reng然ran不bu變bian。這zhe些xie組zu件jian需xu要yao多duo加jia注zhu意yi，以yi避bi免mian轉zhuan換huan器qi串chuan行xing或huo並bing列lie輸shu出chu接jie口kou的de數shu字zi回hui授shou。　　

就電路係統與芯片上不同的方塊結構來*估，SAR 轉換器顯然是屬於模擬裝置。(圖一)所示為 12 位CMOS SAR 轉換器的方塊圖。

圖注:本轉換器使用充電分配至電容數組
 

圖一　12 位CMOS SAR 模擬數字轉換器的方塊圖　　

在本方塊圖中，取樣/保持
、比較器、大部份的數字模擬轉換器及12位SAR都是模擬；其(qi)餘(yu)電(dian)路(lu)部(bu)份(fen)是(shi)數(shu)字(zi)。結(jie)果(guo)，本(ben)轉(zhuan)換(huan)器(qi)內(nei)之(zhi)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)耗(hao)用(yong)大(da)部(bu)份(fen)的(de)電(dian)源(yuan)與(yu)電(dian)流(liu)
，除(chu)數(shu)字(zi)模(mo)擬(ni)轉(zhuan)換(huan)器(qi)與(yu)接(jie)口(kou)中(zhong)發(fa)生(sheng)的(de)小(xiao)量(liang)切(qie)換(huan)電(dian)流(liu)外(wai)，數(shu)字(zi)電(dian)路(lu)的(de)消(xiao)耗(hao)電(dian)流(liu)極(ji)少(shao)。　　

這(zhe)類(lei)轉(zhuan)換(huan)器(qi)具(ju)有(you)數(shu)支(zhi)接(jie)地(di)與(yu)電(dian)源(yuan)接(jie)腳(jiao)。這(zhe)些(xie)接(jie)腳(jiao)名(ming)稱(cheng)經(jing)常(chang)被(bei)誤(wu)解(jie)為(wei)可(ke)依(yi)其(qi)腳(jiao)位(wei)名(ming)稱(cheng)來(lai)區(qu)別(bie)數(shu)字(zi)或(huo)模(mo)擬(ni)。但(dan)這(zhe)些(xie)腳(jiao)位(wei)名(ming)稱(cheng)並(bing)明(ming)確(que)無(wu)表(biao)示(shi)，與(yu)係(xi)統(tong)和(he)電(dian)路(lu)板(ban)連(lian)接(jie)之(zhi)意(yi)義(yi)
，它(ta)們(men)是(shi)區(qu)別(bie)數(shu)字(zi)與(yu)模(mo)擬(ni)電(dian)流(liu)如(ru)何(he)流(liu)出(chu)芯(xin)片(pian)。知(zhi)道(dao)這(zhe)項(xiang)信(xin)息(xi)並(bing)了(le)解(jie)芯(xin)片(pian)主(zhu)要(yao)組(zu)成(cheng)部(bu)份(fen)是(shi)模(mo)擬(ni)，讓(rang)電(dian)源(yuan)與(yu)接(jie)地(di)線(xian)放(fang)在(zai)同(tong)一(yi)平(ping)麵(mian)上(shang)，例(li)如(ru)模(mo)擬(ni)麵(mian)就(jiu)變(bian)得(de)有(you)意(yi)義(yi)。　　

例如，10 位與 12 位轉換器典型樣本的腳位排列如(圖二)所示。　　

圖注: 不管分辨率高低

，通常至少有兩個接地連結：　　

AGND 與 DGND；此處圖解的轉換器為Microchip 的 MCP4008 與 MCP3001
 

圖二　SAR 轉換器　　

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這些組件通常有兩支接地腳從芯片拉出：AGND 與 DGND。電源隻用一隻腳位。進行這種芯片之電路板布線時，AGND 與 DGND 應連至模擬接地麵
；模(mo)擬(ni)與(yu)數(shu)字(zi)電(dian)源(yuan)接(jie)腳(jiao)也(ye)應(ying)連(lian)接(jie)至(zhi)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)層(ceng)，或(huo)至(zhi)少(shao)連(lian)接(jie)至(zhi)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)走(zou)線(xian)，加(jia)入(ru)適(shi)當(dang)的(de)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)且(qie)盡(jin)可(ke)能(neng)靠(kao)近(jin)接(jie)地(di)與(yu)電(dian)源(yuan)接(jie)腳(jiao)端(duan)。這(zhe)些(xie)組(zu)件(jian)如(ru)同(tong) MCP3201隻(zhi)有(you)一(yi)支(zhi)接(jie)地(di)腳(jiao)及(ji)一(yi)支(zhi)電(dian)源(yuan)接(jie)腳(jiao)的(de)唯(wei)一(yi)原(yuan)因(yin)

，是(shi)因(yin)為(wei)包(bao)裝(zhuang)腳(jiao)數(shu)之(zhi)限(xian)製(zhi)。但(dan)是(shi)，若(ruo)將(jiang)數(shu)字(zi)與(yu)模(mo)擬(ni)接(jie)腳(jiao)分(fen)開(kai)會(hui)使(shi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)得(de)到(dao)良(liang)好(hao)的(de)精(jing)確(que)度(du)與(yu)重(zhong)現(xian)性(xing)。　　

所有轉換器的電源布線方式是：連接所有接地
、正與負電源接腳至模擬麵。此外，連接與輸入信號相關的「COM」或「IN」接腳時應盡可能靠近信號接地。　　

高分辨率的 SAR 轉換器 （16 與 18 位轉換器）
，需xu要yao考kao慮lv從cong安an靜jing之zhi模mo擬ni轉zhuan換huan器qi與yu電dian源yuan層ceng分fen離li出chu數shu字zi噪zao聲sheng。當dang連lian接jie這zhe些xie組zu件jian至zhi微wei控kong製zhi器qi時shi，應ying使shi用yong外wai部bu數shu字zi緩huan衝chong器qi以yi達da到dao幹gan淨jing的de操cao作zuo環huan境jing

；雖然這些類型的SAR轉(zhuan)換(huan)器(qi)通(tong)常(chang)在(zai)數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)端(duan)具(ju)有(you)內(nei)部(bu)雙(shuang)緩(huan)衝(chong)器(qi)
，外(wai)部(bu)緩(huan)衝(chong)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)進(jin)一(yi)步(bu)將(jiang)轉(zhuan)換(huan)器(qi)內(nei)的(de)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)與(yu)數(shu)字(zi)總(zong)線(xian)噪(zao)聲(sheng)隔(ge)離(li)。對(dui)這(zhe)種(zhong)係(xi)統(tong)適(shi)當(dang)電(dian)源(yuan)處(chu)理(li)方(fang)式(shi)如(ru)(圖三)所示。　　

圖注: 使用高分辨率 SAR 模(mo)擬(ni)數(shu)字(zi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，轉(zhuan)換(huan)器(qi)電(dian)源(yuan)與(yu)接(jie)地(di)應(ying)連(lian)接(jie)至(zhi)模(mo)擬(ni)麵(mian)。模(mo)擬(ni)數(shu)字(zi)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)數(shu)字(zi)輸(shu)出(chu)應(ying)有(you)緩(huan)衝(chong)器(qi)，使(shi)用(yong)外(wai)部(bu)三(san)態(tai)輸(shu)出(chu)緩(huan)衝(chong)器(qi)。這(zhe)些(xie)緩(huan)衝(chong)器(qi)隔(ge)開(kai)模(mo)擬(ni)麵(mian)與(yu)數(shu)字(zi)麵(mian)，並(bing)提(ti)供(gong)高(gao)驅(qu)動(dong)能(neng)力(li)。
 

圖三　使用高分辨率 SAR 模擬數字轉換器，轉換器電源與接地應連接至模擬麵　　

精確的Sigma-Delta布線方式　　

精確的Sigma-Delta 型模擬數字轉換器在芯片內絕大多數是數字。早期在製造出這種轉換器時，使用者藉由電路板銅箔麵將數字噪聲與模擬噪聲分開。SAR 模擬數字轉換器則可能有多支模擬接地腳、數shu字zi接jie地di腳jiao與yu電dian源yuan接jie腳jiao。再zai一yi次ci
，數shu字zi或huo模mo擬ni設she計ji工gong程cheng師shi的de一yi般ban傾qing向xiang是shi將jiang這zhe些xie接jie腳jiao分fen別bie接jie到dao各ge個ge接jie地di或huo電dian源yuan麵mian上shang。很hen不bu幸xing的de，這zhe個ge傾qing向xiang會hui產chan生sheng誤wu導dao，特te別bie是shi在zai解jie 16 至 24 位精確組件的噪聲問題時。　　

一具有10Hz數據轉換率的高分辨率Sigma-Delta轉換器
，其頻率（內部或外部）可以高達 10MHz 或 20MHz。這個高頻頻率用以維持調變器與超取樣引擎電路之運轉。如同SAR 轉換器的情形，這個組件的AGND 與 DGND 接jie腳jiao是shi接jie到dao同tong一yi接jie地di麵mian上shang。此ci外wai
，模mo擬ni與yu數shu字zi之zhi電dian源yuan接jie腳jiao應ying連lian接jie在zai一yi起qi，而er且qie在zai電dian路lu板ban之zhi同tong一yi層ceng上shang更geng好hao。模mo擬ni與yu數shu字zi對dui電dian源yuan麵mian的de要yao求qiu條tiao件jian與yu高gao分fen辨bian率lv SAR 轉換器相同。　　

接地麵是一定需要的，也就是說至少需使用雙層板。在這塊雙層板上，接地麵應覆蓋至少 75％ defanwei。zhegejiedimiandemudeshi，jiangdijiedidianzujidiangan
，binggelidianciganraoyuwuxiandianboganrao。ruguowufabimianxinhaozouxiantongguodianlubandejiedimianshang，xinhaozouxianjinkenengdiduanbingyujiedidianliufanhuilujingchuizhi。　　

結論　　

無須分開低分辨率模擬數字轉換器──例如6位、8位，或甚至可能是10位轉換器的模擬與數字接腳。但隨著選用的轉換器分辨率/精確度的增加，布線條件也變得更嚴格。高分辨率SAR與 Sigma-Delta模擬數字轉換器， 這兩種組件必須直接連接到較低噪聲的模擬接地與電源層。