優(yōu)化PCB布局實(shí)現(xiàn)高速ADC設(shè)計(jì)

　　圖8：高頻處，標(biāo)準(zhǔn)FR4材料上的層間耦合可能無處不在（40~60dB），請注意隔離。對于特定設(shè)計(jì)可能足夠，但隔離應(yīng)視應(yīng)用而定。

　　舉例來說，某層上的高噪聲數(shù)字平面具有高速開關(guān)的1V信號，這意味著，另一層上將會“看到”1mV的耦合（約60dB的隔離）。對具有2Vp-p滿量程擺幅的12位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），這是2個(gè)最低有效位（LSB）的耦合。對于特定系統(tǒng)而言，這可能不成問題，但應(yīng)注意，如果提升2位（從12位增至14位），靈敏度只會提高四倍，即8個(gè)LSB。

　　忽略這種平面間耦合，很可能使系統(tǒng)失效，或者影響設(shè)計(jì)性能。這里必須指出的是，兩個(gè)平面間存在的耦合可能超出想象。

　　在感興趣的頻譜內(nèi)發(fā)現(xiàn)噪聲耦合時(shí)應(yīng)注意這一點(diǎn)。有時(shí)布局決定了非預(yù)期信號或是平面將被交叉耦合到不同的層，在調(diào)試敏感系統(tǒng)時(shí)請記住這一點(diǎn)。該問題可能出現(xiàn)在下面一層。

　　分離地

　　全球模擬信號鏈設(shè)計(jì)人員最常提出的問題是，使用ADC時(shí)是否應(yīng)該將地平面分離成AGND和DGND地平面？簡單回答是：視情況而定。

　　詳細(xì)回答則是：通常不分離。在大多數(shù)情況下，盲目分離地平面只會增加返回電流的電感，因此，它所帶來的壞處大于好處。還記得公式V=L（di/dt）嗎？隨著電感增加，電壓噪聲會提高。

　　隨著電感增加，您一直努力降低的PDS阻抗也會增加。隨著增加ADC采樣速率的需求繼續(xù)增長，增加開關(guān)電流的方法卻只有這些。因此，除非有理由分離地平面，否則請保持這些接地連接。

　　關(guān)鍵是電路合理分割，這樣就不必分離地平面（圖9）。請注意，如果布局允許將各電路保持在各自區(qū)域內(nèi)，便無需分離地平面。如此分割可以提供星型接地，因此，可將返回電流局限在特定的電路部分。例如，受尺寸限制的影響而使得電路板無法實(shí)現(xiàn)良好布局分割的情況。這可能是為了符合傳統(tǒng)設(shè)計(jì)或尺寸要求而必須將惡劣的總線電源或高噪聲的數(shù)字電路放在特定區(qū)域的緣故。這種情況下，分離地平面是實(shí)現(xiàn)良好性能的關(guān)鍵。

　　圖9：對于每一應(yīng)用地平面分離可能并無必要，因?yàn)轸敯舻母咚僭O(shè)計(jì)建立在固態(tài)PCB電路分區(qū)周圍而將電流局限在特定區(qū)域。

　　然而，為使整體設(shè)計(jì)有效，還必須在電路板的某個(gè)地方用一個(gè)電橋或是連接點(diǎn)將這些地連接在一起。因此，應(yīng)將連接點(diǎn)均勻地分布在分離的地平面上。

　　最終，PCB上的連接點(diǎn)往往成為使返回電流通過，而不會導(dǎo)致性能降低或者強(qiáng)行將返回電流耦合至敏感電路的最佳位置。如果此連接點(diǎn)位于轉(zhuǎn)換器附近或下方，則根本無需分離接地。

　　本文小結(jié)

　　由于關(guān)于最佳布局的評論太多，所以在布局上的考慮總是令人困惑。技術(shù)和原則一直是ADI“設(shè)計(jì)文化”的一部分。在工程師傾向于借鑒以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，產(chǎn)品的上市壓力也使設(shè)計(jì)人員不愿去更改或是嘗試新事物。他們拘泥于風(fēng)險(xiǎn)權(quán)衡，直至系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)了重大問題。

　　在評估板、模塊和系統(tǒng)層面，簡單的單一接地適合于所有情況。良好的電路分割才是關(guān)鍵，這也將影響到平面和相鄰層的布局。請注意，如果敏感平面在高噪聲數(shù)字平面之上，則有可能發(fā)生交叉耦合。

　　組裝也是重要因素。提供給PCB車間或組裝車間的制造筆記應(yīng)善加利用，從而確保IC裸露焊盤和PCB之間具有可靠連接。因組裝不良而導(dǎo)致的系統(tǒng)性能欠佳不計(jì)其數(shù)。

　　不過，靠近電源平面入口點(diǎn)和轉(zhuǎn)換器VDD引腳的去耦總是有利的。對于增加的、固有高頻去耦，應(yīng)利用4密爾（mil）或間距更小的緊密電源平面和地平面。此方法不會帶來額外成本，只需花五分鐘更新PCB制造筆記。

　　在設(shè)計(jì)高速、高分辨率轉(zhuǎn)換器布局時(shí)，無法照顧到所有的具體特性。每一應(yīng)用各不相同，有的甚至更為獨(dú)特。不過，上述關(guān)鍵點(diǎn)卻可以幫助設(shè)計(jì)人員加深對未來系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理解。