高精確度模數(shù)轉(zhuǎn)換器布線技術介紹

轉(zhuǎn)換器在新設計型態(tài)改進下，大多模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器多變成數(shù)字式。即使如此改變，電路布線設計并無改變，本文將介紹使用連續(xù)逼近緩存器型與Sigma-Delta型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之布線方式。
　　最初模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器在芯片中大部份仍為模擬電路組成。由于新設計型態(tài)改進，慢速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器大多變成數(shù)字式。即使在芯片中從模擬變成數(shù)字，電路板布線工作并沒有改變。目前仍是如此，布線設計者在處理混合訊號電路時，想使布線成效良好，仍需基本布線常識。本文將探討使用連續(xù)逼近緩存器型（SAR）與Sigma-Delta型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器之電路板布線方式。
　　連續(xù)逼近緩存器型轉(zhuǎn)換器布線
　　SAR 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器之制造程序和結構，分別是雙載子及 R-2R階梯電阻網(wǎng)絡。但最近這些組件已變成為使用電容充電分配技術 CMOS 制造程序，這些轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)布線方式，不會隨這個轉(zhuǎn)變而改變。除高分辨率組件外，布線基本方式仍然不變。這些組件需要多加注意，以避免轉(zhuǎn)換器串行或并列輸出接口數(shù)字回授。
　　就電路系統(tǒng)與芯片上不同方塊結構來評估，SAR 轉(zhuǎn)換器顯然是屬于模擬裝置
取樣/保持、比較器、大部份數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器及12位SAR都是模擬；其余電路部份是數(shù)字。結果，本轉(zhuǎn)換器內(nèi)之模擬電路耗用大部份電源與電流，除數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器與接口中發(fā)生小量切換電流外，數(shù)字電路消耗電流極少。
　　這類轉(zhuǎn)換器具有數(shù)支接地與電源接腳。這些接腳名稱經(jīng)常被誤解為可依其腳位名稱來區(qū)別數(shù)字或模擬。但這些腳位名稱并明確無表示，與系統(tǒng)和電路板連接之意義，它們是區(qū)別數(shù)字與模擬電流如何流出芯片。知道這項信息并了解芯片主要組成部份是模擬，讓電源與接地線放在同一平面上，例如模擬面就變得有意義。
　　這些組件通常有兩支接地腳從芯片拉出：AGND 與 DGND。電源只用一只腳位。進行這種芯片之電路板布線時，AGND 與 DGND 應連至模擬接地面；模擬與數(shù)字電源接腳也應連接至模擬電源層，或至少連接至模擬電源走線，加入適當旁路電容且盡可能靠近接地與電源接腳端。這些組件如同 MCP3201只有一支接地腳及一支電源接腳唯一原因，是因為包裝腳數(shù)之限制。但是，若將數(shù)字與模擬接腳分開會使轉(zhuǎn)換器得到良好精確度與重現(xiàn)性。
　　所有轉(zhuǎn)換器電源布線方式是：連接所有接地、正與負電源接腳至模擬面。此外，連接與輸入信號相關「COM」或「IN」接腳時應盡可能靠近信號接地。
　　高分辨率 SAR 轉(zhuǎn)換器 （16 與 18 位轉(zhuǎn)換器），需要考慮從安靜之模擬轉(zhuǎn)換器與電源層分離出數(shù)字噪聲。當連接這些組件至微控制器時，應使用外部數(shù)字緩沖器以達到干凈操作環(huán)境；雖然這些類型SAR轉(zhuǎn)換器通常在數(shù)字輸出端具有內(nèi)部雙緩沖器，外部緩沖器使用進一步將轉(zhuǎn)換器內(nèi)模擬電路與數(shù)字總線噪聲隔離。　　精確Sigma-Delta布線方式
　　精確Sigma-Delta 型模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器在芯片內(nèi)絕大多數(shù)是數(shù)字。早期在制造出這種轉(zhuǎn)換器時，使用者藉由電路板銅箔面將數(shù)字噪聲與模擬噪聲分開。SAR 模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器則可能有多支模擬接地腳、數(shù)字接地腳與電源接腳。再一次，數(shù)字或模擬設計工程師一般傾向是將這些接腳分別接到各個接地或電源面上。很不幸，這個傾向會產(chǎn)生誤導，特別是在解 16 至 24 位精確組件噪聲問題時。
　　一具有10Hz數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換率高分辨率Sigma-Delta轉(zhuǎn)換器，其頻率（內(nèi)部或外部）可以高達 10MHz 或 20MHz。這個高頻頻率用以維持調(diào)變器與超取樣引擎電路之運轉(zhuǎn)。如同SAR 轉(zhuǎn)換器情形，這個組件AGND 與 DGND 接腳是接到同一接地面上。此外，模擬與數(shù)字之電源接腳應連接在一起，而且在電路板之同一層上更好。模擬與數(shù)字對電源面要求條件與高分辨率 SAR 轉(zhuǎn)換器相同。
　　接地面是一定需要，也就是說至少需使用雙層板。在這塊雙層板上，接地面應覆蓋至少 75％ 范圍。這個接地面目是，降低接地電阻及電感，并隔離電磁干擾與無線電波干擾。如果無法避免信號走線通過電路板接地面上，信號走線盡可能地短并與接地電流返回路徑垂直。