一个精确的模拟数字转换电路的初学者技巧

当然，平滑和漂亮的图形是理想的外观。我和其他工程师一样喜欢看到一个漂亮的波，但什么时候，尽管有无数次尝试，信号实际上以精确的、预期的方式传播，就像它被画出来的那样?通过这种方式，我学到的很多关于管理信号的基本原理都来自于处理这些意想不到的小问题的经验。

当我刚开始从事模数转换时，我最大的困扰总是低估了模拟信号的功率。我总是想要这些完美的过渡，就像我研究的图表上显示的那样。但是，虽然在纸上有一个完美平滑的信号使数学计算更容易，但它对设计可靠的模拟数字转换电路毫无帮助。

模拟到数字转换的典型挑战

顾名思义，模拟到数字转换电路将模拟信号转换为数字信号。在嵌入式系统中，这通常由专用的模数转换器(ADC)或嵌入在微控制器中的转换器执行。所发生的是输入到ADC的采样引脚的模拟电压转换为数字值并存储在其寄存器中。

在电子设计中，模数转换比你想象的更常见。即使你决定成为一个纯粹的数字设计师，你偶尔也会处理来自模拟领域的信号。对于那些仍然相信电压信号是一条完美的直线的人来说，他们将会大吃一惊。

最常见的问题之一从模拟到数字转换是已转换的数字数据的不准确性。例如，当输入电压和ADC读数与预期或建模结果不同时，您的设备可能会陷入一些非线性。此外，在某些情况下，模拟信号具有周期性脉冲的特性信号完整性．

当然，有人会认为噪声耦合到模拟信号上的问题可以通过采用更高的采样频率来解决，其中它平均了数字值。但这种方法只能在一定程度上起作用，在大多数情况下，正确的设计有助于避免此类麻烦。

设计一种精确的模数转换电路

虽然一个大师级厨师可以把普通的食材变成令人垂涎的菜肴，但如果输入信号一开始就被降级，那么模数转换器就无能为力了。无论选择哪种ADC模块，您都需要将这些最佳设计实践落实到位。

1.适当的地面分隔

并不是所有的接地都是一样的，即使它们在PCB上物理连接。有一个原因，数字，模拟和底盘地面是由不同的符号表示。这仅仅意味着你不应该让它们成为一个单一的铜平面。

的地平面函数作为信号的返回路径，认为它们是隔音的总是错误的。如果设计不正确，电噪声会通过地平面耦合到模拟信号上。

在PCB中，应确保没有数字高速信号使用模拟地平面作为返回路径。为了安全起见，在PCB上使用单点连接将模拟地和其他地平面分开。

如果保持适当的接地间隔，电路中就不会出现大的故障线

2.包括一个低通滤波器

在设计模拟到数字转换时，常识必须占上风。很可能你正在设计的电路中，可靠的系统仍然能够在嘈杂的环境中工作。这就是你想要包含一个低通滤波器在设计中，减少或消除基于噪声的信号中断的威胁。低通滤波器阻止高频信号通过ADC。

3.放大模拟信号

有时，增加模拟信号转换的精度是一个放大输入信号的问题。这就像用放大镜翻看莎士比亚的经典文学作品一样。一些传感器产生毫伏范围内的输出。如果要在原始范围内对信号进行采样和转换，则只能使用有限的数字值范围进行操作。相反，使用运算放大器将信号放大到ADC支持的最大范围。

4.模拟信号清除

如果你需要一个安静的空间来读完你最喜欢的反乌托邦小说，而你的邻居大声地放着音乐，你最终会变得沮丧。当你把高速信号放在模拟信号旁边时，也会发生同样的情况。在一种叫做电磁干扰(EMI)的现象中，模拟信号会受到噪声的干扰。

通过保持PCB迹线间隙减少噪声耦合。

下次在给模拟信号布线时，请确保它受到模拟地平面块的保护，并使噪声信号远离它。您还希望彼此保持两个或多个模拟信号，以保持信号的完整性。

对于您的ADC或dac，使用现成的SPICE模型，设计师可以在进行布局之前进行模拟。描述转换精度、采集时间和使用多个模型来比较输出波形都是SPICE仿真的功能，这将在浪费时间和精力在PCB布局或更糟的生产过程中遇到这些问题之前增加设计的安全性。

了解电路设计的基本原理将帮助您以以前无法想象的方式前进，就像拥有与您一起工作的EDA软件一样分析、布局和仿真你所需要的。通过你的董事会的潜力强混合信号模拟注意事项与节奏。

如果您想了解更多Cadence如何为您提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈吧．