当使用者试图完全解决信号问题时，最好的方式就是使用一个以上的工具来检查系统的动作状况。如果在信号路径中有一个类比数位转换器，可以轻易地检查三个基本问题来评估电路的性能；亦即评估转换过程、布线以及和其他部份电路的互动；须考虑的范围有三，包含使用频率分析、时间分析，以及直流分析技术。
本文将探讨如何使用这些工具来找出有关电路布线的问题，我们将分析使用者如何决定要寻找什么、在哪寻找、如何透过测试来验证问题，以及如何解决被确认的问题，(图一)则为以下的讨论所采用的范例电路图。
＜SCX015 压力感侧器的输出电压由仪器放大器（A1 and A2）取得；在仪器放大器后，有一个低通滤波器 （A3）以消除 12 位元类比数位转换器转换时的杂讯。 ＞
电源供应杂讯
在电路应用上一个常见的干扰源是出自电源供应，这个干扰讯号通常是由主动元件的电源接脚进入。如(图二)是图一中类比数位转换输出的时间轴的图形；图中类比数位转换器的取样速度是40ksps ，共 4096个取样数。在这个例子中，仪器放大器、参考电压源以及类比数位转换器并未装有旁路电容。另外，对电路的输入均参考一个低杂讯、2.5V直流电压源。
＜3201、12 位元类比数位转换器的时间轴表示的资料，图中显示一个有趣的周期信号，这个信号源可追溯至电源供应。 ＞
对电路的进一步研究显示，在时间轴上看到的杂讯源来自切换式电源供应器。加入一个电感扼流圈与旁路电容到电路里，并加入一个10uF 到电源供应而三个0.1uF 电容尽可能靠近主动元件的电源接脚。现在时间轴上可以看到一个稳定的 DC 输出，(图三)统计分布图的结果可以证实。输出资料显示，这些改变使杂讯从电路中的信号路径消除了。
＜一旦电源杂讯充分降低，MCP3201 的输出码固定在同一码，2108。 ＞
外部时脉信号干扰
另一个干扰源可能出自时脉信号电路中的数位切换。如果这种杂讯与转换过程相关，则不会在转换过程中形成干扰；但是如果不相关，则可在 FFT 分析中发现。 (图四)所示为时脉信号干扰之FFT图表，图四的图形是以图一 所示的电路加上旁路电容。图四中FFT 图表里一根一根突出的信号，是由电路板上的19.84MHz 时脉信号产生；在本例中，进行布线时，并不特别注意走线与走线间的耦合，疏忽这个细节，结果就出现在FFT 图表中。
＜耦合入类比走线的数位杂讯有时会被误解为宽频杂讯。 FFT 图表可轻易找出这些「杂讯」使其成为可辨识的频率，故即可确认杂讯源。 ＞
这个问题可藉由改变布线来解决，让高阻抗类比走线远离数位切换走线，或在类比数位转换器之前的类比讯号中使用一个平滑滤波器。要发现任意的走线与走线间的耦合是稍微有点难，这时使用时间分析可以更有效率。
不适当的使用放大器
回到图一所示的电路，1kHz 交流信输入至仪器放大器的正输入端。这个信号不是压力感测的特性，但是这个例子用来说明元件在类比讯号路径中的作用。依上述条件的电路性能见(图五)中的FFT 图表；应该要注意的是基本波似乎失真了，而且许多谐波同样有失真，造成失真的原因是稍为过度地将放大器驱动至轨对轨的范围外，解决方式是降低放大器增益。
结论
完全解决信号问题可能要花许多时间，尤其是，如果使用者没有用来处理棘手问题的工具时。在您的「道具箱」里有三种最佳分析工具，亦即频率分析（FFT）、时间分析（示波器）以及直流分析（统计分布图）工具。我们使用许多这些工具，以确认电源杂讯、外部时脉杂讯、以及过度驱动的放大器失真。
（作者任职于Microchip）
相關时事单元
相關作者
相關产业类别
相關网站单元