中心議題：

• 連續(xù)逼近緩存器型轉換器布線
• 精確的Sigma-Delta布線方式

轉換器在新設計型態(tài)改進下，大多模擬數(shù)字轉換器多變成數(shù)字式。即使如此的改變，電路布線的設計并無改變，本文將介紹使用連續(xù)逼近緩存器型與Sigma-Delta型的模擬數(shù)字轉換器之布線方式?！　?br />
最初模擬數(shù)字轉換器在芯片中大部份仍為模擬的電路組成。由于新設計型態(tài)的改進，慢速的模擬數(shù)字轉換器大多變成數(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，仍需基本的布線常識。本文將探討使用連續(xù)逼近緩存器型（SAR）與Sigma-Delta型的模擬數(shù)字轉換器之電路板布線方式?！　?br />
連續(xù)逼近緩存器型轉換器布線　　

SAR 模擬數(shù)字轉換器之分辨率有 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的 CMOS 制造程序，這些轉換器的系統(tǒng)布線方式，不會隨這個轉變而改變。除高分辨率組件外，布線的基本方式仍然不變。這些組件需要多加注意，以避免轉換器串行或并列輸出接口的數(shù)字回授?！　?br />
就電路系統(tǒng)與芯片上不同的方塊結構來*估，SAR 轉換器顯然是屬于模擬裝置。(圖一)所示為 12 位CMOS SAR 轉換器的方塊圖。

圖注:本轉換器使用充電分配至電容數(shù)組
 

圖一　12 位CMOS SAR 模擬數(shù)字轉換器的方塊圖　　

在本方塊圖中，取樣/保持、比較器、大部份的數(shù)字模擬轉換器及12位SAR都是模擬；其余電路部份是數(shù)字。結果，本轉換器內(nèi)之模擬電路耗用大部份的電源與電流，除數(shù)字模擬轉換器與接口中發(fā)生的小量切換電流外，數(shù)字電路的消耗電流極少?！　?br />
這類轉換器具有數(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。　　

例如，10 位與 12 位轉換器典型樣本的腳位排列如(圖二)所示?！　?br />
圖注: 不管分辨率高低，通常至少有兩個接地連結：　　

AGND 與 DGND；此處圖解的轉換器為Microchip 的 MCP4008 與 MCP3001
 

圖二　SAR 轉換器　　

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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?shù)呐月冯娙萸冶M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的唯一原因，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換器得到良好的精確度與重現(xiàn)性?！　?br />
所有轉換器的電源布線方式是：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的「COM」或「IN」接腳時應盡可能靠近信號接地?！　?br />
高分辨率的 SAR 轉換器 （16 與 18 位轉換器），需要考慮從安靜之模擬轉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的操作環(huán)境；雖然這些類型的SAR轉換器通常在數(shù)字輸出端具有內(nèi)部雙緩沖器，外部緩沖器的使用進一步將轉換器內(nèi)的模擬電路與數(shù)字總線噪聲隔離。對這種系統(tǒng)適當電源處理方式如(圖三)所示?！　?br />
圖注: 使用高分辨率 SAR 模擬數(shù)字轉換器，轉換器電源與接地應連接至模擬面。模擬數(shù)字轉換器的數(shù)字輸出應有緩沖器，使用外部三態(tài)輸出緩沖器。這些緩沖器隔開模擬面與數(shù)字面，并提供高驅動能力。
 

圖三　使用高分辨率 SAR 模擬數(shù)字轉換器，轉換器電源與接地應連接至模擬面　　

精確的Sigma-Delta布線方式　　

精確的Sigma-Delta 型模擬數(shù)字轉換器在芯片內(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的一般傾向是將這些接腳分別接到各個接地或電源面上。很不幸的，這個傾向會產(chǎn)生誤導，特別是在解 16 至 24 位精確組件的噪聲問題時?！　?br />
一具有10Hz數(shù)據(jù)轉換率的高分辨率Sigma-Delta轉換器，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。如同SAR 轉換器的情形，這個組件的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)字對電源面的要求條件與高分辨率 SAR 轉換器相同。　　

接地面是一定需要的，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％ 的范圍。這個接地面的目的是，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的接地面上，信號走線盡可能地短并與接地電流返回路徑垂直?！　?br />
結論　　

無須分開低分辨率模擬數(shù)字轉換器──例如6位、8位，或甚至可能是10位轉換器的模擬與數(shù)字接腳。但隨著選用的轉換器分辨率/精確度的增加，布線條件也變得更嚴格。高分辨率SAR與 Sigma-Delta模擬數(shù)字轉換器， 這兩種組件必須直接連接到較低噪聲的模擬接地與電源層。