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今天给大家分享：双 ADC 模块 PCB 设计项目
一、启动 ADC 模块
在该项目中，ADC 模块主要是收集两个信号并将数据传递到排针，然后排针可以连接到外部板（例如为控制模块）。
ADC模块
该模块主要包含以下组件：
- ISL75051ASEHVFE-抗辐射 5V 至 3V3 电源调节器模块
- ADC128S102CIMTX-8 通道、0.5 至 1 MSps 12 位 ADC
- AMC1203BPSA-单通道 40 kSps 8 位 Sigma-Delta 隔离式电流感应 ADC
收集的信号都是处在低频状态。两个ADC均采用低阻抗源，因此不需要带有阻抗缓冲器的有源滤波器。如果实在需要的话，可以直接连接大批ADC输入。
二、原理图
下图显示了ADC模块的两个主要部分：隔离式和非隔离式ADC。其余组件可以在项目文件中看到（项目文件评论区留言或者私信我领取）
原理图很简单，有两个独立的电源输入，一个用于通过SMA的隔离侧，另一个用于通过排针的非隔离侧。
1、隔离式 ADC 的原理图
原理图如下所示。该组件的模拟参考是内部设置的，因此不需要精密参考芯片来设置测量范围。
这里要注意，隔离式 ADC 需要两个不同的电源网络（+5V 和 +5V_AN），根据Datasheet，两个都是+5V，这里必须要来自不同的电源，确保在该组件的隔离间隙上保持电流隔离。
J1 和 J3 是输入模拟信号和 ADC 模拟侧输入电源的连接器。为了屏蔽输入信号，使用带有垂直 SMA 连接器的同轴电缆提供传入隔离和非隔离 ADC 的信号。
连接器和连接的同轴电缆具有 50Ω 阻抗，但输入信号很低，以至于系统中的信号和负载之间存在唯一明显的相互作用。
隔离式 ADC 的原理图
2、标准 ADC 电路
电路图如下所示。在这个电路中，电源由稳压器（3V3网络）提供，而稳压器又从排针的 +5V 连接接收电源。
SPI 输出使用电阻在将信号路由到 PCB 之前降低了边沿速率，还放置了去耦/旁路 VA 和 VD 引脚的电容。
标准 ADC 电路
上面的电路图中有一些假设：
- +5V_AN 网络在该板上永远不需要高电流，因此使用SMA+同轴电缆供电是合适的，高于此的更高电压/电流将需要不同的组件。
- 输入信号带宽仅受每个ADC采样率的限制。如果需要较低的带宽，请添加低通RC滤波器并以最大采样率运行以实现抗锯齿。
- 假定排针上的+5V连接是经过调节的并且相对无噪声，如果未稳压，则输入端需要一个+5V稳压器
- U2上的VA和VD引脚未隔离，因为U2是为其SPI接口拉动快速数组边沿的唯一组件，如果 3V3 总线上有更多组件，那就考虑将VA引脚的功率限制在 1 MHz 附近。
三、PCB布局
1、叠层
由于该 PCB 板包含隔离组件，因此该 PCB 需要具有支持隔离区域的特定平面。为了防止模拟和数字部分之间的电感耦合，所以需要内部接地层。
因此，可以使用带有内部 GND 的简单 4 层 PCB 叠层。这里使用了 SIG+PWR/GND/GND/SIG 叠层，组件位于顶部，底部根据其他需要布线。
双 ADC 模块的堆栈
在此叠层中，DK 的值没有那么重要，因为没有受控阻抗要求，这里重要的是薄外层以及 L2 和 L3 上的 GND，因为具有相邻接地的薄外层是抑制噪声的关键。
2、初始布线和布局
接下来，隔离部分需要放置在其自己的区域中，其 SMA 连接器提供电源和信号，这里将隔离到 PCB 板的左侧，而其余组件将位于右侧，初始放置如下所示。
最初的布局
最初的布局将所有的模拟部分排列在PCB 板的左侧，而调节器和I/O线路则直接布线到右侧（主要在背面层）。这是通过最小化数字线路和模拟馈线之间的噪声耦合的典型策略。
隔离栅在 U3 下方垂直延申，因为我们将在此处将接地网络分为 GND 和 AGND，保持所需要的隔离。
为了进行这种分割，我实现了一个跨越 PCB 中所有 4 层的小型覆铜区域，该区域在 J1 和 J3 上提供 AGND 连接，各层将通过缝合过孔连接。
用于AGND网络的覆铜
SMA 焊盘上的热连接将通过更改设计规则来移除，这里再非隔离部分使用类似的策略，不同之处在于 L2 上的注入在整个ADC连接下运行。
还将在该部分添加缝合过孔以抑制噪声，完成后，可以路由其余的连接。
这里需要注意的是电容的放置，正如数字组件的情况一样，将向模拟电源引脚供电的任何电容放置在靠近这些引脚的位置非常重要，这样，模拟子系统将能够在其采样间隔内汲取足够的功率，并且内部参考的丢失都将最小。
下面举个例子，具体来说就是将 C18 和 C19 用于数字电源，将 C16 和 C17 用于模拟电源。
将 C18 和 C19 用于数字电源，将 C16 和 C17 用于模拟电源
3、最终布线和布局
经过一些元件的调整后，可以移动大电容（C9 和 C13）让它们位于 PCB 的中心，这样就可以稍微减小 PCB 尺寸，这样就不会出现没有元件或者布线的大开放区域。
然后在 L2 和 L3 上，到处都接地，以保持叠层中的铜分布基本对称，最终的布线（包括缝合过孔）如下所示。
最终布线和布局
在这里你可以看到 +5V 输入和 +3V3 输出作为大多边形布线，而顶层的其他多边形为 GND 或 AGND 。除了需要连接到 L1 上 ADC 的点之外，所有数字信号都在底层路由。
4、PCB 3D 视图（项目源文件评论区或者私信我领取）
PCB 3D 视图上，有一些徽标，以及引脚排列的丝印图。位于左侧的SMA具有缝合孔，可将所有层上的接地区域连接在一起，并防止杂散射频干扰传播到PCB的该部分，这些线路也没有设计为特定的阻抗，这里的假设是输入信号的频率很低，导致馈线电气短路。
PCB 3D 视图
四、该模块可以怎么改进？
如上所示，该设计主要是在与外部微控制器模块连接，以通过排针收集和处理数据。为了继续开发该板，可以在背面层放置一个带有微控制器的数字部分，其中微控制器接收 ADC 输出提供的数据，例如PIC之类的小型微控制器或较小的STM32.
现在的设计假设源阻抗较低，并且没有滤波来限制设备收集的信号的带宽，这已经受到基于采样率的限制，但低频信号可以进行采样并通过RC抗混叠滤波器馈送，进一步降低噪声。
如果你在后层使用微控制器，可能会有自己的输出接口来将数据发送到另一个设备，例如计算机。可以通过UART接口或者直接通过USB来完成。
UART 选项很有用，因为它可以被路由到 2 针接头，然后连接到目标设备。
以上就是关于双 ADC 模块 PCB 设计项目，希望大家多多支持 我们 EMA。
来源：altium
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