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1、AD转换器的精度和分辨率增加时使用的布线技巧。最初，模数(A/D)转换器 起源于模拟范例，其中物理硅的大部分是模拟。随着新的设“拓扑学发展，此范 例演变为，在低速A/D转换器中数字占主要部分。尽管A/D转换器片内由模拟占 主导转变为由数字占主导，PCB的布线准则却没有改变。当布线设计人员设计混 合信号电路时，为实现有效布线，仍需要关键的布线知识。本文将以逐次逼近型A/D转换器和X-型A/D转换器为例，探讨A/D转换器所需的PCB布线策略。图1. 12位CMOS逐次逼近型A/D转换器的方框图。此转换器使用了由电容阵列形成的电荷分布。逐次逼近型A/D转换器的布线逐次逼近型A/D转换器有8位、10位
2、、12位、16位以及1 8位分辨率。最初，这些转换器的工艺和结构是带R-2R梯形电阻网络的双极型。但是最近，采用电容电荷分布拓扑将这些器件移植到了 CMOS工艺。显然，这种 移植并没有改变这些转换器的系统布线策略。除较高分辨率的器件外，基本的布 线方法是一致的。对于这些器件，需要特别注意防止来自转换器串行或并行输出接口的数字反馈。从电路和片内专用于不同领域的资源来看，模拟在逐次逼 近型A/D转换器中占主导地位。图1是一个12位CMOS逐次逼近型A/D转换器的 方框图。 此转换器使用了由电容阵列形成的电荷分布。 在此方框图中， 采样/保持、比较器、数模转换器（DAC）的大部分以及12位逐次逼近型
3、A/D转 换器都是模拟的。电路的其余部分是数字的。因此，此转换器所需的大部分能量 和电流都用于内部模拟电路。此器件需要很小的数字电流，只有D/A转换器和数 字接口会发生少量开关。这些类型的转换器可以有多个地和电源连接引脚。引脚名经常会引起误解, 因为可用引脚标号区分模拟和数字连接。这些标号并非意在描述到PCB的系统连 接，而是确定数字和模拟电流如何流出芯片。知道了此信息，并了解了片内消耗 的主要资源是模拟的，就会明白在相同平面（如模拟平面）上连接电源和地引脚 的意义。 例如，10位和12位转换器典型样片的引脚配置如图2所示。MCP322 12 3 4 金唾占 ) 吹 MVSSCHO Cl,CH
4、I C28 &VroCH2C37 fti CLKCH3 匚 4R LT-CH4G5b P %】CHS C 6Jb CSrSHDH CH6 C 7CH7 C3MCP300B16151419121110：VojOAGND2CLK3 Dour3 CSSHDN9DDGNDM士2而a的12位,1通道6AR型A .o转接三Mcrochip的1。位.合现道SAR取A.R转换需图2.逐次逼近型A/D转换器，无论其分辨率是多少位，通常至少有两个地连接端：AGND和DGND。此处以Microchip的A/D转换器MCP4008和MCP3001为例。对于这些器件，通常从 芯片引出两个地引脚：AGND和DGND。电源
5、有一个引出引脚。当使用这些芯片实 现PCB布线时，AGND和DGND应该连接到模拟地平面。模拟和数字电源引脚也应 该连接到模拟电源平面或至少连接到模拟电源轨，并且要尽可能靠近每个电源引 脚连接适当的旁路电容。象MCP3201这样的器件，只有一个接地引脚和一个正电 源引脚，其唯一的原因是由于封装引脚数的限制。然而，隔离开地可增大转换器 具有良好和可重复精度的可能性。 对于所有这些转换器，电源策略应该是将 所有的地、正电源和负电源引脚连接到模拟平面。而且，与输入信号有关的C 0M引脚或IN引脚应该尽量靠近信号地连接。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），在将数字噪声与“安
6、静”的模拟转换 器和电源平面隔离开时，需要另外稍加注意。当这些器件与单片机接口时.,应该 使用外部的数字缓冲器，以获得无噪声运行。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有内部双缓冲器，还是要使用外部缓冲器，以进一步将转换器中的模拟电路与数字总线噪声隔离开。这种系统的正确电源策略如图3所示。图3.对于高分辨率的逐次逼近型A/D转换器，转换器的电源和地应该连接到模 拟平面。然后，A/D转换器的数字输出应使用外部的三态输出缓冲器缓冲。这些 缓冲器除了具有高驱动能力外，还具有隔离模拟和数字侧的作用。高精度型A/D转换器的布线策略 高精度型A/D转换器硅面积的主要部分是数 字。早期生产这种
7、转换器的时候，范例中的这种转变促使用户使用PCB平面将数 字噪声和模拟噪声隔离开。与逐次逼近型A/D转换器一样，这些类型A/D转换器 可能有多个模拟地、数字地和电源引脚。数字或模拟设计工程师一般都倾向于将 这些引脚分开，分别连接到不同的平面。但是，这种倾向是错误的，尤其是当您 试图解决16位到24位精度器件的严重噪声问题时。 对于有10Hz数据速率 的高分辨率型A/D转换器，加在转换器上的时钟（内部或外部时钟）可能 为10MHz或20MHz。此高频率时钟用于开关调制器和运行过采样引擎。对于这些 电路，与逐次逼近型A/D转换器一样，AGD和DGD引脚也是在同一地平面上连 接在一起。而且，模拟和数
8、字电源引脚也最好在同一平面上连接在一起。对模拟 和数字电源平面的要求与高分辨率逐次逼近型A/D转换器相同。 必须要有地 平面，这意味着至少需要双面板。在此双面板上，地平面至少要覆盖整个板面积 的75%。地平面层的用途是为了降低接地阻抗和感抗，并提供对电磁干扰（EMI） 和射频干扰（RFI）的屏蔽作用。如果在电路板的地平面侧需要有内部连接走线, 那么走线要尽可能短并与地电流回路垂直。结论 对于低精度的A/D转换器，如六位、八位或其至可能十位的A/D转换器, 模拟和数字引脚不分开是可以的。但当您选择的转换器精度和分辨率增加时，布 线要求也更严格了。高分辨率逐次逼近型A/D转换器和型A/D转换器，都 需要直接连接到低噪声模拟地和电源平面。
