PCB设计系列分享-高速ADC布局布线技巧

目录

概要

整体架构流程

技术名词解释

技术细节

1.裸露焊盘

2.最佳连接

 3.去耦和层电容

4.PDS的高频层电容

5.分离接地

小结

概要

     在当今的工业领域，系统电路板布局已成为设计本身的一个组成部分。因此，设计工程师必须了解影响高速信号链设计性能的机制。
   

整体架构流程

     在高速模拟信号链设计中，印刷电路板(PCB)布局布线需要考虑许多选项，有些选项比其它选项更重要，有些选项则取决于应用。最终的答案各不相同，但在所有情况下，设计工程师都应尽量消除最佳做法的误差，而不要过分计较布局布线的每一个细节。本应用笔记提供的信息对设计工程师的下一个高速设计项目会有所帮助。

技术名词解释

   PCB：PCB（Printed Circuit Board），中文名称为印制电路板，又称印刷线路板，是重要的电子部件，是电子元器件的支撑体，是电子元器件电气相互连接的载体。由于它是采用电子印刷术制作的，故被称为“印刷”电路板

技术细节

1.裸露焊盘

裸露焊盘，ADI公司称之为引脚0，是目前大多数器件下方的焊盘。它是一个重要的连接，芯片的所有内部接地都是通过它连接到器件下方的中心点。不知您是否注意到,目前许多转换器和放大器中缺少接地引脚，原因就在于裸露焊盘。
关键是将此引脚妥善固定（即焊接）至PCB，实现牢靠的电气和热连接。如果此连接不牢固，就会发生混乱，换言之，设计可能无效。

2.最佳连接

    利用裸露焊盘实现最佳电气和热连接有三个步骤。首先，在可能的情况下，应在各PCB层上复制裸露焊盘，这样做的目的是为了与所有接地和接地层形成密集的热连接，从而快速散热。此步骤与高功耗器件及具有高通道数的应用相关。在电气方面，这将为所有接地层提供良好的等电位连接。 

     甚至可以在底层复制裸露焊盘（见图1)，它可以用作去耦散热接地点和安装底侧散热器的地方。

 3.去耦和层电容

     有时工程师会忽略使用去耦的目的，仅仅在电路板上分散大小不同的许多电客，使较低阻抗电源连接到地。但问题依旧:需要多少电客?许多相关文献表明，必须使用大小不同的许多电客来降低功率传输系统(PDS)的阻抗，但这并不完全正确。相反，仅需选择正确大小和正确种类的电客就能降低PDS阻抗。

         例如，考虑设计一个10mQ参考层，如图白所示。如红色曲线所示，系统电路板上使用许多不同值的电客，0.001uF. 0.01uF. 0.1uF等等。这当然可以降低5O0MHz 频率范围内的阻抗，但是，请看绿色曲线，同样的设计仅使用0.1uF 和 10pF电客。这证明，如果使用正确的电容，则不需要如此多的电客。这也有助于节省空间和物料(BOM)成本。
        注意，并非所有电客“生而平等”，即使同一供应商，工艺.尺寸和样式也有差别。如果未使用正确的电容，不论是多个电客还是几个不同类型，都会给PDS带来反作用。

     结果可能是形成电感环路。电容放置不当或者使用不同工艺和型号的电客〔因而对系统内的频率做出不同响应】，彼此之间可能会发生谐振。

4.PDS的高频层电容

        要设计出合格的PDS，需要使用各种电客〈见图4]。PCB上使用的典型电客值只能将直流或接近直流频率至约5OOMHz范围的阻抗降低。高于 500MHz频率时，电客取决于PCB形成的内部电容。注意，电源层和接地层紧密叠置会有帮助。
      应当设计一个支持较大层电容的PCB层叠结构。例如，六层堆叠可能包含顶部信号层．第一接地层．第一电源层．第二电源层．第二接地层和底部信号层。规定第一接地层和第一电源层在层叠结构中彼此靠近，这两层间距为2到自密尔，形成一个固有高频层电容。此电容的最大忧点是它是免费的，只需在PCB制造笔记中注明。如果必须分割电源层，同一层上有多个VDD电源轨，则应           使用尽可能大的电源层。不要留下空洞，同时应注意敏感电路。这将使该VDD层的电容最大。
如果设计允许存在额外的层〔上例中，从六层变为八层】，则应将两个额外的接地层放在第一和第二电源层之间。在核心间距同样为2到孑密尔的情况下，此时层叠结

5.分离接地

          模拟信号链设计人员最常提出的问题是:使用ADC时是否应将接地层分为AGND和DGND接地层?简单回答是:视情况而定。
         详细回答则是:通常不分离。为什么不呢?因为在大多数情况下，盲目分离接地层只会增加返回路径的电感,它所带来的坏处大于好处。
从公式V=L (di/dt)可以看出，随着电感增加，电压噪声会提高。随着电感增加，设计人员一直努力压低的PDS阻抗也会增加。随着提高ADC采样速率的需求继续增长，降低开关电流(disdt)的方式却很有限。因此，除非需要分离接地层，否则请保持这些接地连接。

小结

             在评估板．模块和系统级别，简单的单一接地最佳。良好的电路分割是关键。这也影响到层和相邻层布局。如果敏感层在高噪声数字层以上，请注意可能会发生交叉耦合。组装也很重要;提供给PCB车间或组装车间的制造笔记应善加利用，确保IC裸露焊盘和PCB之间具有可靠连接。
组装不良常常导致系统性能欠佳。靠近电源层入口点和转换器或IC的VDD 引脚的去耦总是有利的。

         然而，为了增加固有高频去耦电客，应使用紧密叠置的电源和接地层。此方法不会带来额外成本，只需花几分钟更新PCB 制造笔记。设计高速．高分辨率转换器布局时，很难照顾到所有的具体特性。每个应用都是独一无二的。希望本应用笔记所述的几个要点有助于设计工程师更好地了解未来的系统设计。