最初类比数位转换器在晶片中大部份仍为类比的电路组成。由于新设计型态的改进，慢速的类比数位转换器大多变成数位式。即使在晶片中从类比变成数位，电路板布线工作并没有改变。目前仍是如此，布线设计者在处理混合讯号电路时，想使布线成效良好，仍需基本的布线常识。本文将探讨使用连续逼近暂存器型（SAR）与Sigma-Delta型的类比数位转换器之电路板布线方式。

连续逼近暂存器型转换器布线

SAR 类比数位转换器之解析度有 8 位元、10 位元、12 位元、16 位元，有时也有 18 位元。起初，这些转换器之制造程序和结构，分别是双载子及 R-2R阶梯电阻网路。但最近这些元件已变成为使用电容充电分配技术的 CMOS 制造程序，这些转换器的系统布线方式，不会随这个转变而改变。除高解析度元件外，布线的基本方式仍然不变。这些元件需要多加注意，以避免转换器串列或并列输出介面的数位回授。

就电路系统与晶片上不同的方块结构来评估，SAR 转换器显然是属于类比装置。 (图一)所示为 12 位元CMOS SAR 转换器的方块图。

《图一12 位元CMOS SAR 类比数位转换器的方块图》

＜本转换器使用充电分配至电容阵列＞

在本方块图中，取样/保持、比较器、大部份的数位类比转换器及12位元SAR都是类比；其余电路部份是数位。结果，本转换器内之类比电路耗用大部份的电源与电流，除数位类比转换器与介面中发生的小量切换电流外，数位电路的消耗电流极少。

这类转换器具有数支接地与电源接脚。这些接脚名称经常被误解为可依其脚位名称来区别数位或类比。但这些脚位名称并明确无表示，与系统和电路板连接之意义，它们是区别数位与类比电流如何流出晶片。知道这项资讯并了解晶片主要组成部份是类比，让电源与接地线放在同一平面上，例如类比面就变得有意义。

例如，10 位元与 12 位元转换器典型样本的脚位排列如(图二)所示。

《图二 SAR 转换器》

＜不管解析度高低，通常至少有两个接地连结：AGND 与 DGND；此处图解​​的转换器为Microchip 的 MCP4008 与 MCP3001＞

这些元件通常有两支接地脚从晶片拉出：AGND 与 DGND。电源只用一只脚位。进行这种晶片之电路板布线时，AGND 与DGND 应连至类比接地面；类比与数位电源接脚也应连接至类比电源层，或至少连接至类比电源走线，加入适当的旁路电容且尽可能靠近接地与电源接脚端。这些元件如同 MCP3201只有一支接地脚及一支电源接脚的唯一原因，是因为包装脚数之限制。但是，若将数位与类比接脚分开会使转换器得到良好的精确度与重现性。

所有转换器的电源布线方式是：连接所有接地、正与负电源接脚至类比面。此外，连接与输入信号相关的「COM」或「IN」接脚时应尽可能靠近信号接地。

高解析度的 SAR 转换器 （16 与 18 位元转换器），需要考虑从安静之类比转换器与电源层分离出数位杂讯。当连接这些元件至微控制器时，应使用外部数位缓冲器以达到干净的操作环境；虽然这些类型的SAR转换器通常在数位输出端具有内部双缓冲器，外部缓冲器的使用进一步将转换器内的类比电路与数位汇流排杂讯隔离。对这种系统适当电源处理方式如(图三)所示。

《图三 使用高分辨率 SAR 模拟数字转换器，转换器电源与接地应连接至模拟面》

＜使用高解析度 SAR 类比数位转换器，转换器电源与接地应连接至类比面。类比数位转换器的数位输出应有缓冲器，使用外部三态输出缓冲器。这些缓冲器隔开类比面与数位面，并提供高驱动能力。 ＞

精确的Sigma-Delta布线方式

精确的Sigma-Delta 型类比数位转换器在晶片内绝大多数是数位。早期在制造出这种转换器时，使用者藉由电路板铜箔面将数位杂讯与类比杂讯分开。 SAR 类比数位转换器则可能有多支类比接地脚、数位接地脚与电源接脚。再一次，数位或类比设计工程师的一般倾向是将这些接脚分别接到各个接地或电源面上。很不幸的，这个倾向会产生误导，特别是在解 16 至 24 位元精确元件的杂讯问题时。

一具有10Hz资料转换率的高解析度Sigma-Delta转换器，其时脉（内部或外部）可以高达 10MHz 或 20MHz。这个高频时脉用以维持调变器与超取样引擎电路之运转。如同SAR 转换器的情形，这个元件的AGND 与 DGND 接脚是接到同一接地面上。此外，类比与数位之电源接脚应连接在一起，而且在电路板之同一层上更好。类比与数位对电源面的要求条件与高解析度 SAR 转换器相同。

接地面是一定需要的，也就是说至少需使用双层板。在这块双层板上，接地面应覆盖至少 75％ 的范围。这个接地面的目的是，降低接地电阻及电感，并隔离电磁干扰与无线电波干扰。如果无法避免信号走线通过电路板的接地面上，信号走线尽可能地短并与接地电流返回路径垂直。

结论

无须分开低解析度类比数位转换器──例如6位元、8位元，或什至可能是10位元转换器的类比与数位接脚。但随着选用的转换器解析度/精确度的增加，布线条件也变得更严格。高解析度SAR与 Sigma-Delta类比数位转换器， 这两种元件必须直接连接到较低杂讯的类比接地与电源层。 （作者任职于Microchip）