精确模拟到数字转换电路的初学者提示

当然，流畅和漂亮的图表是理想的。我和旁边的工程师一样喜欢看一个漂亮的波，但什么时候，尽管无数次的尝试，信号实际上以精确的、预期的方式传播，就像它被绘制出来的那样?通过这种方式，我学到的关于管理信号基本原理的很多知识都来自于处理这些意外故障的经验。

当我刚开始从事模拟-数字转换时，我最大的障碍总是低估了模拟信号的功率。我总是想要这些完美的过渡，就像我研究的图表中显示的那样。但是，虽然在纸上有一个完美流畅的信号可以使数学计算更容易，但它对设计一个可靠的模拟数字转换电路没有任何帮助。

模拟到数字转换的典型挑战

顾名思义，模拟-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采样引脚的模拟电压被转换为数字值并存储在它的寄存器中。

模拟到数字的转换比你想象的在电子设计中更常见。即使你决定成为一名纯数字设计师，你也会偶尔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。

最常见的问题之一模拟到数字转换是指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，模拟信号具有折衷的周期脉冲特征信号的完整性．

当然，有人会说噪声耦合到模拟信号上的问题可以通过使用一个更高的采样频率来解决，在这个频率中它平均了数字值。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这种麻烦。

设计一种精确的模拟数字转换电路

虽然一个大师厨师可以把普通的食材变成让人垂涎欲滴的美食，但如果输入信号一开始就被降级了，那么一个模数转换器就无能为力了。无论选择何种ADC模块，都需要将这些最佳设计实践落实到位。

1.适当的地面分离

并不是所有的接地都是相同的，即使它们在PCB上物理连接。数字、模拟和底盘地面用不同的符号表示是有原因的。这仅仅意味着你不应该把它们作为一个单独的铜平面。

的地平面的功能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，电噪声可能通过地平面耦合到模拟信号。

在PCB中，应该确保没有数字高速信号使用模拟接地面作为返回路径。为了安全起见，在PCB上用单点连接将模拟地和其他接地面分开。

如果保持适当的接地隔离，电路中不需要出现大的故障线

2.包括一个低通滤波器

当你设计模拟到数字转换时，常识必须占上风。有可能你正在设计的电路中，可靠的系统仍然设法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干扰对信号的威胁。低通滤波器防止高频信号通过ADC。

3.放大模拟信号

有时，增加模拟信号转换的精度是一个扩大输入信号的问题。这就像用放大镜翻看莎士比亚的经典文学作品一样。有些传感器产生毫伏范围的输出。如果你要在原始范围内对信号进行采样和转换，你将有一个有限的数字值范围来操作。相反,使用一个运算放大器放大信号到ADC支持的最大范围。

4.模拟信号间隙

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，而你的邻居正在大声播放音乐，你最终会感到沮丧。当你将高速信号与模拟信号相邻放置时，也会发生同样的情况。在一种叫做电磁干扰的现象中，模拟信号会受到噪声的干扰。

通过保持PCB痕迹间隙减少噪声耦合。

下次在路由模拟信号时，确保它受到模拟接地面的块的保护，并使噪声信号远离它。您还需要保持来自彼此的两个或多个模拟信号，以保持信号的完整性。

有了现成的用于ADC或dac的SPICE模型，设计师可以在进入布局之前进行模拟。描述转换精度、采集时间和利用多个模型来比较输出波形都是SPICE仿真的功能，这将在PCB布局或更糟的生产过程中浪费时间和精力遇到这些问题之前增加设计的安全性。

了解你的电路设计的基本原理将帮助你前进的方式，你以前无法想象，就像有EDA软件与你一起工作，是有能力的分析、布局和模拟你所需要的。通过你的董事会的潜力强烈的混合信号模拟考虑与节奏。

如果你想了解更多关于Cadence如何为你提供解决方案，跟我们和我们的专家团队谈谈．