模数 (A/D) 转换器起源于模拟范例，其中大部分物理硅是模拟的。随着新设计拓扑结构的发展，这种范式已演变为在低速 A/D 转换器中占主导地位。虽然 A/D 转换芯片以模数为主，但 PCB 布局指南并没有改变。当布线设计师设计混合信号电路时，有效布线仍然需要关键的布线知识。本文将以逐次逼近型A/D转换器和sigma-delta A/D转换器为例，讨论A/D转换器所需的PCB布局策略。
图1. 12 位 CMOS 逐次逼近型 A/D 转换器框图。该转换器使用由电容器阵列形成的电荷分布。
逐次逼近型 A/D 转换器的接线
逐次逼近 A/D 转换器有 8 位、10 位、12 位、16 位和 18 位分辨率。最初，这些转换器的工艺和结构是双极的，带有一个 R-2R 电阻梯。然而，最近，这些器件已迁移到使用电容电荷分布拓扑的 CMOS 工艺。显然，这种迁移并没有改变这些转换器的系统布线策略。除了更高分辨率的设备外，基本的路由方法是相同的。对于这些器件，需要特别注意防止来自转换器的串行或并行输出接口的数字反馈。
在专用于不同领域的电路和片上资源方面，模拟在逐次逼近型 A/D 转换器中占主导地位。图 1 是 12 位 CMOS 逐次逼近型 A/D 转换器的框图。
该转换器使用由电容器阵列形成的电荷分布。
在这个框图中，采样/保持、比较器、大多数数模转换器 (DAC) 和 12 位逐次逼近 A/D 转换器都是模拟的。电路的其余部分是数字的。因此串口转换器被识别为其他设备，该转换器所需的大部分能量和电流都流向了内部模拟电路。该器件需要非常少的数字电流，并且在 D/A 转换器和数字接口中只发生少量切换。
这些类型的转换器可以有多个接地和电源连接引脚。引脚名称通常具有误导性，因为模拟和数字连接可以通过引脚编号来区分。这些数字并非旨在描述系统与 PCB 的连接，而是确定数字和模拟电流如何流出芯片。知道这些信息，并且知道片上消耗的主要资源是模拟资源，将电源和接地引脚连接在同一平面（如模拟平面）上是有意义的。
例如，10 位和 12 位转换器典型样本的引脚分配如图 2 所示。
图 2. 逐次逼近 A/D 转换器，无论分辨率有多少位，通常至少有两个接地连接：AGND 和 DGND。这里以 A/D 转换器和为例。
图 2. 逐次逼近 A/D 转换器，无论分辨率有多少位，通常至少有两个接地连接：AGND 和 DGND。这里以 A/D 转换器和为例。
对于这些器件，通常从芯片引出两个接地引脚：AGND 和 DGND。电源有一个引脚输出。当使用这些芯片进行 PCB 布线时，AGND 和 DGND 应连接到模拟地平面。模拟和数字电源引脚也应连接到模拟电源平面或至少连接到模拟电源轨，并在尽可能靠近每个电源引脚的地方使用适当的旁路电容器。由于封装引脚数的限制，此类设备只有一个接地引脚和一个正电源引脚。然而，隔离接地增加了转换器良好且可重复的可能性。
对于所有这些转换器，电源策略应该是将所有接地、正负电源引脚连接到模拟平面。此外，与输入信号相关的“COM”引脚或“IN”引脚应尽可能靠近信号地。
对于更高分辨率的逐次逼近型 A/D 转换器（16 位和 18 位转换器），需要额外注意将数字噪声与“安静”的模拟转换器和电源层隔离开来。在将这些设备与微控制器连接时，应使用外部数字缓冲器来实现无噪声操作。尽管这些类型的逐次逼近型 A/D 转换器通常在数字输出侧具有内部双缓冲器，但外部缓冲器用于进一步将转换器中的模拟电路与数字总线噪声隔离开来。
这种系统的正确电源策略如图 3 所示。
图3.对于高分辨率逐次逼近型A/D转换器，转换器的电源和地应连接到模拟平面。然后，A/D 转换器的数字输出应使用外部三态输出缓冲器进行缓冲。除了它们的高驱动能力之外，这些缓冲器还用于隔离模拟和数字端。
图3.对于高分辨率逐次逼近型A/D转换器，转换器的电源和地应连接到模拟平面。然后，A/D 转换器的数字输出应使用外部三态输出缓冲器进行缓冲。除了它们的高驱动能力之外，这些缓冲器还用于隔离模拟和数字端。
高 Sigma-Delta A/D 转换器的接线策略
高 sigma-delta A/D 转换器的大部分硅面积是数字的。在此类转换器生产的早期，这种范式转变促使用户使用 PCB 平面将数字噪声与模拟噪声隔离开来。与逐次逼近型 A/D 转换器一样，这些类型的 A/D 转换器可能具有多个模拟地、数字地和电源引脚。数字或模拟设计工程师通常更喜欢将这些引脚分开并将它们连接到不同的平面。然而，这种倾向是错误的，尤其是当您试图解决 16 位到 24 位设备的严重噪声问题时。
对于具有 10Hz 数据速率的高分辨率 sigma-delta A/D 转换器，应用于转换器的时钟（内部或外部）可能是 10MHz 或 20MHz。该高频时钟用于切换调制器并运行过采样引擎。对于这些电路串口转换器被识别为其他设备，AGND 和 DGND 引脚连接在与逐次逼近型 A/D 转换器相同的接地平面上。此外，模拟和数字电源引脚在同一平面上连接在一起。模拟和数字电源层的要求与高分辨率逐次逼近型 A/D 转换器的要求相同。
必须有地平面，这意味着至少有一块双面板。在此双面板上，接地层应至少覆盖整个电路板面积的 75%。接地平面层的目的是降低接地阻抗和感抗，并提供对电磁干扰 (EMI) 和射频干扰 (RFI) 的屏蔽。如果电路板的接地平面侧需要内部连接走线，请使走线尽可能短并垂直于接地电流返回。
综上所述
对于低位 A/D 转换器，例如六位、八位甚至可能是十位 A/D 转换器，模拟和数字引脚不分开是可以的。但是随着您选择的转换器和分辨率的增加，接线要求也会增加。高分辨率逐次逼近型 A/D 转换器和 sigma-delta A/D 转换器需要直接连接到低噪声模拟地和电源层。
文章来源:http://www.toutiao.com/a7021046740879213092/
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