高精确度模数转换器布线技术介绍

转换器在新设计型态改进下，大多模拟数字转换器多变成数字式。即使如此改变，电路布线设计并无改变，本文将介绍使用连续逼近缓存器型与Sigma-Delta型模拟数字转换器之布线方式。
　　最初模拟数字转换器在芯片中大部份仍为模拟电路组成。由于新设计型态改进，慢速模拟数字转换器大多变成数字式。即使在芯片中从模拟变成数字，电路板布线工作并没有改变。目前仍是如此，布线设计者在处理混合讯号电路时，想使布线成效良好，仍需基本布线常识。本文将探讨使用连续逼近缓存器型（SAR）与Sigma-Delta型模拟数字转换器之电路板布线方式。
　　连续逼近缓存器型转换器布线
　　SAR 模拟数字转换器之分辨率有 8 位、10 位、12 位、16 位，有时也有 18 位。起初，这些转换器之制造程序和结构，分别是双载子及 R-2R阶梯电阻网络。但最近这些组件已变成为使用电容充电分配技术 CMOS 制造程序，这些转换器系统布线方式，不会随这个转变而改变。除高分辨率组件外，布线基本方式仍然不变。这些组件需要多加注意，以避免转换器串行或并列输出接口数字回授。
　　就电路系统与芯片上不同方块结构来评估，SAR 转换器显然是属于模拟装置
取样/保持、比较器、大部份数字模拟转换器及12位SAR都是模拟；其余电路部份是数字。结果，本转换器内之模拟电路耗用大部份电源与电流，除数字模拟转换器与接口中发生小量切换电流外，数字电路消耗电流极少。
　　这类转换器具有数支接地与电源接脚。这些接脚名称经常被误解为可依其脚位名称来区别数字或模拟。但这些脚位名称并明确无表示，与系统和电路板连接之意义，它们是区别数字与模拟电流如何流出芯片。知道这项信息并了解芯片主要组成部份是模拟，让电源与接地线放在同一平面上，例如模拟面就变得有意义。
　　这些组件通常有两支接地脚从芯片拉出：AGND 与 DGND。电源只用一只脚位。进行这种芯片之电路板布线时，AGND 与 DGND 应连至模拟接地面；模拟与数字电源接脚也应连接至模拟电源层，或至少连接至模拟电源走线，加入适当旁路电容且尽可能靠近接地与电源接脚端。这些组件如同 MCP3201只有一支接地脚及一支电源接脚唯一原因，是因为包装脚数之限制。但是，若将数字与模拟接脚分开会使转换器得到良好精确度与重现性。
　　所有转换器电源布线方式是：连接所有接地、正与负电源接脚至模拟面。此外，连接与输入信号相关「COM」或「IN」接脚时应尽可能靠近信号接地。
　　高分辨率 SAR 转换器 （16 与 18 位转换器），需要考虑从安静之模拟转换器与电源层分离出数字噪声。当连接这些组件至微控制器时，应使用外部数字缓冲器以达到干净操作环境；虽然这些类型SAR转换器通常在数字输出端具有内部双缓冲器，外部缓冲器使用进一步将转换器内模拟电路与数字总线噪声隔离。　　精确Sigma-Delta布线方式
　　精确Sigma-Delta 型模拟数字转换器在芯片内绝大多数是数字。早期在制造出这种转换器时，使用者藉由电路板铜箔面将数字噪声与模拟噪声分开。SAR 模拟数字转换器则可能有多支模拟接地脚、数字接地脚与电源接脚。再一次，数字或模拟设计工程师一般倾向是将这些接脚分别接到各个接地或电源面上。很不幸，这个倾向会产生误导，特别是在解 16 至 24 位精确组件噪声问题时。
　　一具有10Hz数据转换率高分辨率Sigma-Delta转换器，其频率（内部或外部）可以高达 10MHz 或 20MHz。这个高频频率用以维持调变器与超取样引擎电路之运转。如同SAR 转换器情形，这个组件AGND 与 DGND 接脚是接到同一接地面上。此外，模拟与数字之电源接脚应连接在一起，而且在电路板之同一层上更好。模拟与数字对电源面要求条件与高分辨率 SAR 转换器相同。
　　接地面是一定需要，也就是说至少需使用双层板。在这块双层板上，接地面应覆盖至少 75％ 范围。这个接地面目是，降低接地电阻及电感，并隔离电磁干扰与无线电波干扰。如果无法避免信号走线通过电路板接地面上，信号走线尽可能地短并与接地电流返回路径垂直。