高精度ADC電路板布局與布線案例

　　在設計一個高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，勤奮的工程師仔細選擇一款高精度ADC，以及模擬前端調(diào)節(jié)電路所需的其他組件。在幾個星期的設計工作之后，執(zhí)行仿真并優(yōu)化電路原理圖，為了趕工期，設計人員迅速地將電路板布局布線組合在一起。一個星期之后，第一個原型電路板被測試。出乎預料，電路板性能與預期的不一樣。

　　這種情景在你身上發(fā)生過嗎？

　　最優(yōu)PCB布局布線對于使ADC達到預期的性能十分重要。當設計包含混合信號器件的電路時，你應該始終從良好的接地安排入手，并且使用最佳組件放置位置和信號路由走線將設計分為模擬、數(shù)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(zhuǎn)換都是基準電壓的一個函數(shù)。在傳統(tǒng)逐次逼近寄存器 （SAR） ADC架構(gòu)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(tài)負載。

　　由于基準電壓在每次轉(zhuǎn)換期間被數(shù)次采樣，高電流瞬變出現(xiàn)在這個終端上，其中的ADC內(nèi)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(zhuǎn)換時鐘周期內(nèi)必須保持穩(wěn)定，并且穩(wěn)定至所需的N位分辨率，否則的話會出現(xiàn)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(zhuǎn)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

　　由于這些動態(tài)電流，需要使用高質(zhì)量旁路電容器（CREF）對基準引腳進行去耦合操作。此旁路電容器被用作一個電荷存儲器，在這些高頻瞬變電流期間提供瞬時充電。你應該將基準旁路電容器放置在盡量靠近基準引腳的位置上，并使用較短的低電感連接將他們連接在一起。

　　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(nèi)部電壓基準的雙ADC布局布線示例

　　在這個四層PCB電路板示例中，設計人員使用了一個位于器件正下方的堅固接地平面，并且將電路板劃分為模擬和數(shù)字部分，以使敏感輸入和基準信號遠離噪聲源。他用10μF，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(xiàn)最優(yōu)性能，并且將他們連接至使用小型0.1 ?串聯(lián)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沖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沖器的一個18位SAR ADC ADS8881的布局布線示例。

　　圖3. 具有一個外部基準和緩沖的ADC布局布線示例

　　通過將電容器放置在引腳的0.1英寸范圍以內(nèi)，并且將其與寬度為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于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。

　　基準緩沖器電路到REF引腳的跡線長度被保持盡可能的短，以確保快速穩(wěn)定響應。

　　REF引腳的正確去耦合對于實現(xiàn)最優(yōu)性能十分關鍵。此外，在參考路徑中保持低電感連接使得基準驅(qū)動電路在轉(zhuǎn)換期間保持穩(wěn)定，使你向獲得所需的效果又邁進了一步。