在設(shè)計一個高性能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，勤奮的工程師仔細(xì)選擇一款高精度ADC，以及模擬前端調(diào)節(jié)電路所需的其他組件。在幾個星期的設(shè)計工作之后，執(zhí)行仿真并優(yōu)化電路原理圖，為了趕工期，設(shè)計人員迅速地將線路板布局布線組合在一起。一個星期之后，第一個原型線路板被測試。出乎預(yù)料，線路板性能與預(yù)期的不一樣。
問這種情景在你身上發(fā)生過嗎？
最優(yōu)PCB布局布線對于使ADC達(dá)到預(yù)期的性能十分重要。當(dāng)設(shè)計包含混合信號器件的電路時，你應(yīng)該始終從良好的接地安排入手，并且使用最佳組件放置位置和信號路由走線將設(shè)計分為模擬、數(shù)字和電源部分。
參考路徑是ADC布局布線中最關(guān)鍵的，這是因為所有轉(zhuǎn)換都是基準(zhǔn)電壓的一個函數(shù)。在傳統(tǒng)逐次逼近寄存器 (SAR) ADC架構(gòu)中，參考路徑也是最敏感的，其原因是基準(zhǔn)引腳上會有一個到基準(zhǔn)源的動態(tài)負(fù)載。
由于基準(zhǔn)電壓在每次轉(zhuǎn)換期間被數(shù)次采樣，高電流瞬變出現(xiàn)在這個終端上，其中的ADC內(nèi)部電容器陣列在這個位置位時被開啟和充電。基準(zhǔn)電壓在每個轉(zhuǎn)換時鐘周期內(nèi)必須保持穩(wěn)定，并且穩(wěn)定至所需的N位分辨率，否則的話會出現(xiàn)線性誤差和丟碼錯誤。
圖1顯示典型12位SAR ADC基準(zhǔn)終端上的轉(zhuǎn)換階段期間的電流瞬變。

圖1.12位SAR ADC基準(zhǔn)引腳上的電流瞬變

由于這些動態(tài)電流，需要使用高質(zhì)量旁路電容器(CREF)對基準(zhǔn)引腳進(jìn)行去耦合操作。此旁路電容器被用作一個電荷存儲器，在這些高頻瞬變電流期間提供瞬時充電。你應(yīng)該將基準(zhǔn)旁路電容器放置在盡量靠近基準(zhǔn)引腳的位置上，并使用較短的低電感連接將他們連接在一起。
圖2 顯示了針對ADS7851，14位雙ADC（具有兩個獨立電壓基準(zhǔn)）的線路板布局布線示例。

圖2.具有兩個獨立內(nèi)部電壓基準(zhǔn)的雙ADC布局布線示例

在這個四層PCB線路板示例中，設(shè)計人員使用了一個位于器件正下方的堅固接地平面，并且將線路板劃分為模擬和數(shù)字部分，以使敏感輸入和基準(zhǔn)信號遠(yuǎn)離噪聲源。他用10μF，X7R級，尺寸0805的陶瓷電容器 (CREF-x)來旁路REFOUT-A和REFOUT-B基準(zhǔn)輸出，以實現(xiàn)最優(yōu)性能，并且將他們連接至使用小型0.1 ?串聯(lián)電阻的器件上，以保持總體低阻抗和高頻時的恒定阻抗；他還使用寬跡線來減少電感。
我強烈建議把CREF與ADC放置在同一層上。你還應(yīng)該避免在基準(zhǔn)引腳和旁路電容器之間放置導(dǎo)孔。ADS7851的每一個基準(zhǔn)接地引腳都具有一個單獨的接地連接，而每個旁路電容器都有單獨到接地路徑的電感連接。
如果你正在使用需要一個外部基準(zhǔn)源的ADC，你應(yīng)該盡量減少參考信號路徑中的電感-這個路徑的起點為基準(zhǔn)緩沖器輸出到旁路電容器，直到ADC基準(zhǔn)輸入。
圖3顯示了使用外部基準(zhǔn)和緩沖器的一個18位SAR ADC ADS8881的布局布線示例。

圖3. 具有一個外部基準(zhǔn)和緩沖的ADC布局布線示例