ADC电路设计详解

时间:2024-03-16 22:39:44

电路描述及参数

ADC:模数转换,将模拟信号变成数字信号,便于数字设备处理。

DAC:数模转换,将数字信号转换为模拟信号与外部接口。

性能参数:

MSR:采样率,定义单位周期或时间内的从信号中的采样点数,采样率越高后级的数字表示精度越高。

SFDR:无杂散动态范围,指载波频率与最大噪声的幅度比值,表征的是信号源失真。

SNR:输出的信号电压与噪声电压的比值(dB),SNR越高信号的噪声越小。

PCB设计要点分三点:

1,布局要点

Ø 电源布局及电源去偶

Ø 前级放大、衰减、滤波

Ø 相同结构对称布局

Ø 多路隔离

2,布线要点

Ø 最小回路电源分割

Ø 最短模拟前段走线衰减控制

Ø 阻抗连续控制

Ø 屏蔽包地处理

Ø 多路隔离处理

Ø 数模共地处理

Ø 磁珠桥连分地短接

Ø 模拟区平面处理

3,设计建议

布局要点Ø 电源布局及电源去偶-LDO供电系统

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注:LDO供电在1MHz以下的低频噪声抑制性好,而高频噪声会通过电源和地回路向负载耦合。所以在后级需要LC和局部电源去耦,保证负载附近的高频噪声去耦。

Ø 电源布局及电源去偶-DC_DC供电系统

ADC电路设计详解

传统上的DC_DC电源不宜直接为ADC供电,但现在的DC_DC通过:后置滤波、精心设计的布局布线、多级的LC滤波已可以为ADC提供低噪声的供电系统。

DC_DC与LDO给ADC的供电优势:转换效率更高,可节约功耗;减小热输出,对额外散热需求减小。

Ø电源布局及电源去偶-回路要求及去偶电容布局

为保证供电系统的ADC瞬态电流的响应,需要给ADC电源提供一个大容量电容。电容应当是10uF-47uF左右的低ESR陶瓷或钽电容。ADC芯片的局部电源去耦需要靠近管脚放置小容值的高频去耦电容,电容应当是0.1uF-1uF范围内的低ESR陶瓷电容。此类电容能很好滤除芯片翻转引入的电源SSN噪声且能为芯片提供高频电流。

1. 电源模块避免靠近前级模拟输入。

2. 电源到负载路径短,减少传输噪声耦合。

3. 高频去偶电容靠近芯片电源管脚。

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Ø前级放大、衰减、滤波布局

ADC电路设计详解

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1. 输入前段布局紧凑。

2. “一”字布局,避免U型、L型布局。

3. π衰\π滤波布局功能实现。


Ø相同结构对称布局

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多路相同电路结构布局采用对称布局;保证走线长度一致、相位一致。

Ø多路隔离

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1.增加多路之间的布局间距。

2.增加屏蔽腔体或屏蔽墙。

布线要点Ø最小回路电源分割

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1.除考虑模拟电源布局不能靠近 前级输入外,在传输路径上应做到最短、回路最小以减小电源噪声引入。

Ø最短模拟前段走线衰减控制

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设计要点:

ü 最短布线长度。

ü 隔层参考阻抗控制,增加布线宽度。

ü 圆弧拐角、进盘渐变走线。

ü 第2层挖空,第3层铺模拟区下方铺地。

Ø阻抗连续控制-焊盘隔层处理

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设计要点:

ü器件焊盘是布线链路上阻抗突变最严重的一个因素点,隔层参考可减小焊盘增加链路走线线宽变化带来的阻抗突变。

ü第2层挖空,第3层铺模拟区下方铺地。

Ø屏蔽包地处理

ADC电路设计详解

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设计要点:

ü 屏蔽地孔间距大小决定了EMC辐射泄露的大小,越小

的屏蔽地孔距离有利于减小数模、多路模拟前段的干扰隔离。尤其是当屏蔽地孔的间距≤小于λ/20时。

ü 模拟包地有利于减小干扰但距离过小会增加信号损耗,包地距离≥1.5W宽度。

ü 模拟区表层铺屏蔽地,模拟走线周围打λ/20屏蔽地孔。

Ø多路隔离处理

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设计要点:

ü 所有电源、地平面需要采用分割槽将多路AD输入前级的噪声耦合回路切断,减小多路之间的耦合路径。

Ø数模共地处理

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设计要点:

ü 共地桥不提供信号回路,只做等电位短接。

ü 桥的不易不易过宽,建议60mil左右桥连宽度。

ü 隔离槽采用20-30mil的宽度。

ü 建议在ADC芯片附近,但不要在芯片下方。

Ø磁珠桥连分地短接

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设计要点:

ü 共地桥不提供信号回路,只做等电位短接。

ü 多路ADC时,等电位跨接不易过多。最好两路共用一组跨接。

Ø模拟区平面处理

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设计要点:

ü 模拟区所有层均完全隔离,模拟区所有层铺地。

ü 数字信号布线禁止进入该区域。

ü 模拟区供电采用信号层铺铜或走线处理。

设计建议Ø布局建议

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设计要点:

ü 参考时钟区域独立,布线避免穿越模拟前端。

ü 电源供电系统放置独立区域。

ü数模布局分区严格,避免交错。

Ø回路耦合干扰

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设计要点:

ü 避免出现左图的模拟数字回路重叠,将导致回路耦合干扰。

ü 回路处理参考右图,在芯片附近采用单点共地。

 

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