数据转换器经典问答

16位AD转换注意事项1.信号输入端应加上滤波电路（RC滤波，也可以用外部滤波器）。2.单独的模拟地和数字地引脚，但AGND与DGND引脚却在内部通过基板连在一起，布线时，不得将两个引脚连接到分离的两个地平面，除非这些接地层在AD附近连到了一起。3.电流路径尽可能短，禁止将数字电流强制流入模拟地。4.芯片不允许走数字信号线，以减少耦合（下面若铺地，则不受此限制）。5.电源线尽可能宽，以减少阻抗，提供低阻抗路径。6.时钟等快速开关信号应利用数字地屏蔽起来，以避免辐射干扰。7.禁止将时钟信号走线布设在输入通道附近，避免数字信号，模拟信号相互交叠干扰。8.线路上下两侧走线应彼此垂直，若下面有铺地层，可以不受此限制。9.去耦电容典型参数参照芯片资料的推荐电路选取 (作者 Austin He)1. 整体布局:是否地分割把数字地与模拟地分开.如果能控制好模拟与数字的分区则各自回流.如果控制不好则可以不分割.而分区2. 电源走线与铺地:有高频率的信号线尽量远离电源线.数字电与模拟电磁珠隔离.3.打过孔:根据电流大小计算过孔的个数与大小. (作者 Robin Feng)计算出每一位ad转换结果所代表的输入信号电压，就知道该注意什么了。5V输入的16位ad，每一个码值代表5V/65536大约等于76μV，也就是说如果电路布线设计处理的不够好的话，这么高精度的ad是在测量电路噪声。 16位ad按照转换速度和转换模式有不同的分类，对于不同转换速度的ad来说，需要不同的前端滤波处理，应该满足采样定理的要求。(作者 changli liu1)

如何提高信噪比1 抑制噪声源*在符合设计规格的前提下，使用最低频率的时钟以及最和缓的上升时间。*如果时钟电路在电路板外，则将相关之时序电路(如MCU)靠近连接器，否则，就放在母板中间。* 将震荡器平放于PCB并接地。* 尽可缩小时序信号的循环区域。* 将数位I/O驱动器(digital I/O driver)放置于PCB外缘。* 将进入PCB的信号予以适当滤波。* 将离开PCB的噪声信号予以适当滤波。* 使用碟状陶瓷电容(disk ceramic capacitor)或是多层陶瓷电容(multilayer ceramic capacitor) 做为数位逻辑IC的削尖电容。* 尽量将数位IC之despiking capacitor靠近IC旁边。* 使用排线包装的OP放大器，将"+"端接地，以"-"端作为输入信号端。* 提供适当的突波阻尼(surge absorber)给继电器线圈。* 使用45度角(圆弧更佳)的绕线以取代90度角来减少高频辐射。* 如果需要，在产生高频噪声的电源线用feed-through capacitor连接外部。* 如果需要，在产生高频噪声的电源线串接陶铁磁珠(ferrite bead)以滤除高频噪声。* 将shield cable两端均接地(但并非作为地线)，以降低电磁辐射。2 减少噪声耦合* 如果经济许可，使用多层电路板来分开PCB上不同性质的电路。4层板PCB，通常外面的两层为讯号，中间两层为电源层(power layer)与地线层(ground layer)。如电路板为数位类比混合电路，应将数位与类比的跑线分别布线，最后再将地线予以单点连接。* 对单层及双层线路板使用单点电源和接地的布局。如采用双层线路板制作以微处理器为基础的控制板(数位类比混合电路)，则应特别注意数位与类比电路『电源线』与『地线』的布局。* 选用芯片组以缩短时序的传输线。* 将digital I/O芯片组安置于PCB边缘并靠近连接器。* 高速逻辑闸仅限用于特定功能之电路。* 对电源和接地使用宽绕线。* 保持时序绕线、汇流排和芯片致能与I/O脚位和连接器分隔开。* 尽量将数位信号线路(尤其是时钟信号)远离类比输入和电压参考脚位。* 当与混合信号转换器并用时，勿将数位和类比线路相交，信号的绕线要彼此远离。* 分隔噪声与低阶类比讯号脚位。* 将时序信号与I/O信号垂直绕线。* 将时序电路远离I/O讯号线。

二、PCB制版电容选择印制板中有接触器、继电器、按钮等元件时．操作它们时均会产生较大火花放电，必须采用RC吸收电路来吸收放电电流。一般R取12kΩ，C取2.24.7μF一般的10PF左右的电容用来滤除高频的干扰信号,0.1uF左右的用来滤除低频的纹波干扰,还可以起到稳压的作用滤波电容具体选择什么容值要取决于你PCB上主要的工作频率和可能对系统造成影响的谐波频率，可以查一下相关厂商的电容资料或者参考厂商提供的资料库软件，根据具体的需要选择。至于个数就不一定了，看你的具体需要了，多加一两个也挺好的，暂时没用的可以先不贴，根据实际的调试情况再选择容值。如果你PCB上主要工作频率比较低的话，加两个电容就可以了，一个虑除纹波，一个虑除高频信号。如果会出现比较大的瞬时电流，建议再加一个比较大的钽电容。其实滤波应该也包含两个方面，也就是各位所说的大容值和小容值的，就是去耦和旁路。原理我就不说了，实用点的，一般数字电路去耦0.1uF即可，用于10M以下；20M以上用1到10个uF，去除高频噪声好些，大概按C=1/f 。旁路一般就比较的小了，一般根据谐振频率一般为0.1或0.01uF说到电容，各种各样的叫法就会让人头晕目眩，旁路电容，去耦电容，滤波电容等等，其实无论如何称呼，它的原理都是一样的，即利用对交流信号呈现低阻抗的特性，这一点可以通过电容的等效阻抗公式看出来：Xcap=1/2лfC，工作频率越高，电容值越大则电容的阻抗越小。在电路中，如果电容起的主要作用是给交流信号提供低阻抗的通路，就称为旁路电容；如果主要是为了增加电源和地的交流耦合，减少交流信号对电源的影响，就可以称为去耦电容；如果用于滤波电路中，那么又可以称为滤波电容；除此以外，对于直流电压，电容器还可作为电路储能，利用冲放电起到电池的作用。而实际情况中，往往电容的作用是多方面的，我们大可不必花太多的心思考虑如何定义。本文里，我们统一把这些应用于高速PCB设计中的电容都称为旁路电容.电容的本质是通交流，隔直流，理论上说电源滤波用电容越大越好。但由于引线和PCB布线原因，实际上电容是电感和电容的并联电路，（还有电容本身的电阻，有时也不可忽略）这就引入了谐振频率的概念：ω=1/(LC)1/2在谐振频率以下电容呈容性，谐振频率以上电容呈感性。因而一般大电容滤低频波，小电容滤高频波。这也能解释为什么同样容值的STM封装的电容滤波频率比DIP封装更高。至于到底用多大的电容，这是一个参考

电容谐振频率

电容值 DIP (MHz) STM (MHz)

1.0μF 2.5 5

0.1μF 8 16

0.01μF 25 50

1000pF 80 160

100 pF 250 500

10 pF 800 1.6(GHz)

不过仅仅是参考而已，用老工程师的话说——主要靠经验。更可靠的做法是将一大一小两个电容并联，一般要求相差两个数量级以上，以获得更大的滤波频段。一般来讲，大电容滤除低频波，小电容滤除高频波。电容值和你要滤除频率的平方成反比。具体电容的选择可以用公式C=4Pi*Pi /(R * f * f ) 电源滤波电容如何选取，掌握其精髓与方法，其实也不难。1）理论上理想的电容其阻抗随频率的增加而减少(1/jwc),但由于电容两端引脚的电感效应,这时电容应该看成是一个LC串连谐振电路,自谐振频率即器件的FSR参数,这表示频率大于FSR值时,电容变成了一个电感,如果电容对地滤波,当频率超出FSR后,对干扰的抑制就大打折扣,所以需要一个较小的电容并联对地,可以想想为什么?原因在于小电容,SFR值大,对高频信号提供了一个对地通路,所以在电源滤波电路中我们常常这样理解:大电容虑低频,小电容虑高频,根本的原因在于SFR(自谐振频率)值不同,当然也可以想想为什么?如果从这个角度想,也就可以理解为什么电源滤波中电容对地脚为什么要尽可能靠近地了.2)那么在实际的设计中,我们常常会有疑问,我怎么知道电容的SFR是多少?就算我知道SFR值,我如何选取不同SFR值的电容值呢?是选取一个电容还是两个电容?电容的SFR值和电容值有关,和电容的引脚电感有关,所以相同容值的0402,0603,或直插式电容的SFR值也不会相同,当然获取SFR值的途径有两个,1)器件Data sheet,如22pf0402电容的SFR值在2G左右, 2)通过网络分析仪直接量测其自谐振频率,想想如何量测?S21?知道了电容的SFR值后,用软件仿真,如RFsim99,选一个或两个电路在于你所供电电路的工作频带是否有足够的噪声抑制比.仿真完后,那就是实际电路试验,如调试手机接收灵敏度时,LNA的电源滤波是关键,好的电源滤波往往可以改善几个dB.(作者 Austin He)

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不过仅仅是参考而已，用老工程师的话说——主要靠经验。谢谢楼主的参考和经验啊

好东西