本文詳細(xì)介紹了通常應(yīng)用于IF和基帶的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)的正確布板、元件選擇及元件布局。文中以高分辨率、高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器MAX12555系列為例，介紹了優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、正確高速布板、旁路和去耦技巧、熱管理、元件選擇及布局。

本文可作為高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計(jì)和布板建議的簡(jiǎn)明資源，是對(duì)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器及其評(píng)估板數(shù)據(jù)資料中電路設(shè)計(jì)和PCB布板信息的補(bǔ)充。用戶應(yīng)根據(jù)其特定應(yīng)用，仔細(xì)閱讀所有可用資源，以使器件在特定應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)最優(yōu)性能。文中以14位模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC) MAX12555為例，這些型號(hào)分別針對(duì)65Msps/80Msps/95Msps的采樣速率進(jìn)行了優(yōu)化，適合所有IF和基帶應(yīng)用。

本文分為三部分：一般性建議、電路設(shè)計(jì)建議、布板建議。

一般性建議概要介紹了如何在應(yīng)用中發(fā)揮器件的最佳總體性能，討論了一般情況下器件外圍元件的最佳布局，提出了有關(guān)物理PCB本身的建議。

電路設(shè)計(jì)建議介紹了最關(guān)鍵和最敏感引腳處元件的推薦值。

布板建議中詳細(xì)介紹了外圍元件布局，指出哪些元件應(yīng)放在頂層，哪些應(yīng)放在底層，同時(shí)還提供了有關(guān)PCB的附加信息。

請(qǐng)參考：

該系列ADC引腳排列見圖1，引腳功能說(shuō)明見表1。評(píng)估(EV)板提供多種選擇，允許單端或差分時(shí)鐘輸入、單端或差分模擬信號(hào)輸入、內(nèi)部/外部基準(zhǔn)等，所以評(píng)估板(見圖2和圖3)使用的外圍元件和配置比正常應(yīng)用中多。圖4和圖5為評(píng)估板頂層和底層的絲印及元件布局。

圖1. MAX12555的引腳排列

表1. 引腳說(shuō)明

一般性建議

一般而言，采用帶整體地層和電源層的多層PCB可獲得最佳信號(hào)完整性。

MAX12555需要高速布板技術(shù)，包括裸焊盤可靠接地。

保持MAX12555模擬部分的內(nèi)層地平面完整性，空隙(void)必須最少。過(guò)孔交錯(cuò)排列，保持非常小的過(guò)孔間隙，將空隙減少到最低程度。另外，在關(guān)鍵元件下方應(yīng)布設(shè)完整的地，尤其是接引腳1和引腳2的REF電容、接引腳3 的COM旁路電容、接模擬信號(hào)輸入引腳5和引腳6的小電容。

將不同的輸入和輸出信號(hào)限定在不同的PCB層，如：所有模擬信號(hào)輸入位于X層、所有數(shù)字信號(hào)輸出位于Y層、所有時(shí)鐘信號(hào)位于Z層等。盡量將每一層夾在兩層地之間或使用微帶線。

使用與地相對(duì)的電源平面來(lái)減小信號(hào)感應(yīng)，將總體噪聲降至最低。功率走線應(yīng)寬一些，以降低IR壓降和電感。

對(duì)于GND和VDD (電源線)，建議采用多個(gè)18mil規(guī)格的過(guò)孔。

MAX12555的所有GND和裸焊盤(EP)必須連至同一地平面。MAX12555依靠EP實(shí)現(xiàn)與地的低電感連接，通過(guò)多個(gè)過(guò)孔連至指定地層。所需的過(guò)孔數(shù)量取決于孔的尺寸。作為指導(dǎo)原則，Maxim建議采用5 x 5 (總共25個(gè))矩陣的13mil規(guī)格的過(guò)孔。最少需要12個(gè)過(guò)孔。

MAX12555最關(guān)鍵的輸入、輸出是模擬信號(hào)輸入、基準(zhǔn)引腳、時(shí)鐘和數(shù)字輸出。最關(guān)鍵的引腳是1、2、3、5、6、9、10、38和39。

ADC周圍連接旁路電容和關(guān)鍵電容的走線應(yīng)盡可能的寬，以減小電阻和電感。建議采用寬度大于或等于10mil的走線。如果元件無(wú)法直接連至地平面，則其接地線應(yīng)盡可能寬。這還應(yīng)包括PCB設(shè)計(jì)中的接地?zé)岷副P。

如果旁路電容使用熱焊盤與GND連接，每個(gè)旁路電容使用兩個(gè)熱焊盤，GND端使用過(guò)孔以減小電感。

高速數(shù)字信號(hào)走線應(yīng)遠(yuǎn)離敏感的模擬信號(hào)線、時(shí)鐘線、REFP (引腳1)和REFN (引腳2)。

所有信號(hào)線(包括REFP和REFN)都應(yīng)盡可能短并且避免90°折線。

確保差分模擬輸入網(wǎng)絡(luò)對(duì)稱，并且所有寄生效應(yīng)是均衡的。

所有旁路電容應(yīng)盡可能靠近器件，最好在PCB同側(cè)，可采用表貼器件減小電感(在下面的布板建議中有更詳細(xì)的介紹)

通常所有GND旁路過(guò)孔尺寸應(yīng)為18mil。

為實(shí)現(xiàn)最佳性能，需要獨(dú)立的模擬和數(shù)字電源。

MAX12555可接受差分或單端時(shí)鐘輸入。

MAX12555可接受差分或單端模擬輸入，差分輸入可提供最佳性能。

EP作為器件的主要接地途徑，必須正確連接到指定地平面。

使用地線“隔離”ADC電路和PCB上的其它任何相鄰電路。例如：一個(gè)PCB上有多個(gè)ADC時(shí)，利用地平面將每個(gè)ADC的相關(guān)電路隔離開來(lái)。

電路設(shè)計(jì)建議

(引腳1，REFP)：通過(guò)一個(gè)位于PCB頂層的高頻陶瓷電容(最大1.0μF)將REFP旁路至GND。所有REFP走線應(yīng)盡可能短。

(引腳2，REFn)：通過(guò)一個(gè)位于PCB頂層的高頻陶瓷電容(最大1.0μF)將REFP旁路至GND。所有REFP走線應(yīng)盡可能短。

(引腳1，REFP和引腳2，REFN)：REFP和REFN之間并聯(lián)兩個(gè)容值分別為10μF和1μF的高頻陶瓷電容。與引腳1和引腳2連接的任何電容都必須具有良好的高頻性能。

(引腳3，COM)：COM通過(guò)一個(gè)高頻性能良好的2.2μF陶瓷旁路至GND。

(引腳5 & 6，INP & INN)：為獲得最佳總體AC性能，這些引腳與地之間都應(yīng)接并聯(lián)電容，容值依應(yīng)用而定，范圍為5.6pF到12pF。這些電容值可被包含在任何驅(qū)動(dòng)ADC的抗混疊濾波器諧振電路中，并且應(yīng)被放在電路板頂層。

(引腳12-15，36，VDD)：使用高頻性能良好的0.1μF和2.2μF陶瓷電容各一個(gè)并聯(lián)，將VDD旁路至GND。

(引腳17，34，OVDD)：使用高頻性能良好的0.1μF和>2.2μF陶瓷電容各一個(gè)并聯(lián)，將OVDD旁路至GND。

(引腳19-32，D13-D0)：包括數(shù)據(jù)輸出引腳與各自負(fù)載的串聯(lián)電阻。這些電阻可限制從輸出邏輯驅(qū)動(dòng)器進(jìn)入芯片內(nèi)部GND的高頻邊沿電流。選定的阻值與負(fù)載電容一起產(chǎn)生的RC時(shí)間常數(shù)約為1ns。Maxim公司采用非常小而且低成本的電阻陣列，基本是多只0402電阻構(gòu)成一組。評(píng)估板使用的是Panasonic公司的EXB-2HV-221J。

(引腳38，REFOUT)：采用內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)，REFOUT直接與REFIN連接，或通過(guò)一個(gè)電阻分壓器設(shè)定REFIN輸入電壓。REFOUT通過(guò)一個(gè)高頻性能良好、≥0.1μF的陶瓷電容旁路至GND。

(引腳39，REFIN)：在內(nèi)部基準(zhǔn)模式和帶緩沖的外部基準(zhǔn)模式，REFIN通過(guò)一個(gè) ≥0.1μF的電容旁路至GND。在無(wú)緩沖的外部基準(zhǔn)模式下，REFIN連至GND。

圖2. 評(píng)估板器件原理圖

圖3. 評(píng)估板模擬部分原理圖

布板建議

將MX12555放置在PCB頂層。

接著，在引腳1與引腳2之間放置一個(gè)1μF電容。該電容應(yīng)位于PCB頂層，并且盡量靠近這兩個(gè)引腳。REFP和REFN (引腳1、2)之間跨接的電容應(yīng)在制造公差允許范圍內(nèi)盡量靠近DUT。

下一步，放置引腳1至地和引腳2至地的旁路電容。這些電容應(yīng)盡可能靠近共用的1μF電容，同時(shí)用過(guò)孔將電容的GND一端與指定模擬地相連(也與器件EP相連)。如果第二層有一個(gè)地平面，則該地平面應(yīng)延伸到這三個(gè)器件的下方以減少引腳1和引腳2上的電感。對(duì)于REFP和REFN旁路電容的接地過(guò)孔，Maxim公司采用18mil的鉆孔直徑，選擇較大尺寸是因?yàn)檫^(guò)孔電鍍后會(huì)減小3mil。孔的最終尺寸應(yīng)為約為15mil。

接下來(lái)，在引腳1與引腳2之間放置一個(gè)10μF電容。如果頂層沒有足夠空間安裝此電容，也可以像評(píng)估板那樣把它放在PCB底層，利用過(guò)孔傳輸信號(hào)。該電容與器件引腳間的走線總長(zhǎng)應(yīng)減至最小。

與引腳1和引腳2連接的走線應(yīng)盡可能短，并且應(yīng)當(dāng)是匹配的。即：它們應(yīng)當(dāng)是對(duì)稱的，而且長(zhǎng)度應(yīng)相同。

接著，放置引腳3至GND的2.2μF電容，盡可能靠近器件。如果需要，該電容可放在PCB底層，采用13mil過(guò)孔與引腳3連接。走線應(yīng)盡可能短。

所有GND引腳(引腳4、7、16和35)應(yīng)與MAX12555器件下方的覆銅相連。

應(yīng)遵循以下原則：正確連接MAX12555的EP與指定接地層(最好是第二層)，需要使用足夠多的過(guò)孔以降低電感，過(guò)孔數(shù)量取決于孔的尺寸。作為指導(dǎo)原則，Maxim公司建議采用5 x 5 (總共25個(gè))的13mil過(guò)孔矩陣，最小過(guò)孔尺寸應(yīng)為12mil。

模擬輸入應(yīng)是均衡的。也就是說(shuō)，從驅(qū)動(dòng)源(放大器和濾波器等)到差分輸入端的走線應(yīng)該等長(zhǎng)，元件布局應(yīng)相互對(duì)稱，這樣，所有的寄生參數(shù)才會(huì)均衡。走線長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，以降低電感、減小干擾。

將輸入引腳5和引腳6的旁路電容放置在PCB頂層靠近器件引腳的位置，盡量減小走線長(zhǎng)度。

應(yīng)使用某一層(最好是第二層)作為可靠的模擬接地層，推薦使用過(guò)孔陣列將其與MAX12555的EP連接。

時(shí)鐘布線建議(引腳9和引腳10)：

時(shí)鐘輸入與模擬輸入和基準(zhǔn)一樣敏感。應(yīng)像對(duì)待模擬信號(hào)那樣對(duì)時(shí)待時(shí)鐘信號(hào)。避免將時(shí)鐘線靠近任何數(shù)字輸出信號(hào)線。如果板上有多個(gè)ADC，則需隔離時(shí)鐘線對(duì)，以盡量降低噪聲并減小來(lái)自其它ADC的干擾。時(shí)鐘信號(hào)線不應(yīng)與數(shù)字輸出信號(hào)線布在同一層。如果布在同一層，應(yīng)盡量使這兩類信號(hào)線之間保持較大間距，并在這兩類信號(hào)線之間布隔離的GND，以降低可能產(chǎn)生的任何耦合。 建議采用典型值為1.4VP-P的差分時(shí)鐘輸入，這是器件的特性之一。但時(shí)鐘輸入信號(hào)擺幅的峰值并不是最重要的，保證快速上升和下降時(shí)間的擺率更重要。另外，內(nèi)部差分放大器可提供增益，對(duì)信號(hào)進(jìn)一步整形。評(píng)估板采用一個(gè)中心抽頭變壓器放大時(shí)鐘輸入，以確?？焖偕仙拖陆禃r(shí)間，然后再用二極管將擺幅限制在1.4VP-P。對(duì)于單端時(shí)鐘信號(hào)來(lái)說(shuō)，邊沿應(yīng)較陡，并且滿足數(shù)據(jù)資料規(guī)定的最高和最低電壓要求，即邏輯高電平最低為0.8VDD，邏輯低電平最高為0.2VDD。時(shí)鐘共模電壓(1/2VDD)由內(nèi)部提供。推薦的接口電路/驅(qū)動(dòng)器邏輯：任何邏輯輸入，包括CMOS、LVPECL、LVDS都可用于驅(qū)動(dòng)時(shí)鐘輸入。對(duì)于高頻輸入信號(hào)的應(yīng)用，建議采用非常高速的LVPECL時(shí)鐘分配電路，如MAX9320 PECL緩沖器。

引腳12-15，36，VDD：最好將0.1μF的旁路電容放在器件引腳旁。

引腳17，34，OVDD：最好將0.1μF的旁路電容放在器件引腳旁。

數(shù)據(jù)線(引腳19至引腳32)：對(duì)于輸出數(shù)椐引腳，從ADC到緩沖器或負(fù)載IC的走線應(yīng)盡量短。串聯(lián)電阻盡可能靠近ADC，為確保最佳性能，總負(fù)載電容應(yīng)等于10pF。而保證緩沖器或負(fù)載IC的地與MAX12555的EP可靠連接，對(duì)于實(shí)現(xiàn)最佳的AC性能非常重要。如果將數(shù)椐線布在頂層或底層(采用微帶線技術(shù))，則相鄰層必須是地層，以形成有效傳輸線。如果將數(shù)據(jù)線布在內(nèi)層(采用帶狀線技術(shù))，則其相鄰各層必須為地電位以形成有效傳輸線。數(shù)字信號(hào)輸出應(yīng)緊密排列在單一總線內(nèi)以控制電流回路。另外，盡量減小MAX12555與數(shù)字負(fù)載間的接地層空隙(由數(shù)字信號(hào)過(guò)孔產(chǎn)生)，當(dāng)數(shù)據(jù)線進(jìn)入內(nèi)層時(shí)，過(guò)孔應(yīng)交錯(cuò)排列。

REFOUT和REFIN (引腳38和引腳39)的旁路電容必須靠近器件引腳，使用短的走線直接與器件接地層相連。

圖4. 評(píng)估板頂層絲印和元件布局

圖5. 評(píng)估板底層絲印和元件布局 總結(jié)：本應(yīng)文是器件和評(píng)估板數(shù)據(jù)資料的補(bǔ)充，用戶可在應(yīng)用中根據(jù)提供的建議優(yōu)化器件性能。

審核編輯：湯梓紅