最初類比數位轉換器在晶片中大部份仍為類比的電路組成。由於新設計型態的改進，慢速的類比數位轉換器大多變成數位式。即使在晶片中從類比變成數位，電路板佈線工作並沒有改變。目前仍是如此，佈線設計者在處理混合訊號電路時，想使佈線成效良好，仍需基本的佈線常識。本文將探討使用連續逼近暫存器型（SAR）與Sigma-Delta型的類比數位轉換器之電路板佈線方式。

連續逼近暫存器型轉換器佈線

SAR 類比數位轉換器之解析度有 8 位元、10 位元、12 位元、16 位元，有時也有 18 位元。起初，這些轉換器之製造程序和結構，分別是雙載子及 R-2R階梯電阻網路。但最近這些元件已變成為使用電容充電分配技術的 CMOS 製造程序，這些轉換器的系統佈線方式，不會隨這個轉變而改變。除高解析度元件外，佈線的基本方式仍然不變。這些元件需要多加注意，以避免轉換器串列或並列輸出介面的數位回授。

就電路系統與晶片上不同的方塊結構來評估，SAR 轉換器顯然是屬於類比裝置。(圖一)所示為 12 位元CMOS SAR 轉換器的方塊圖。

《圖一　12 位元CMOS SAR 類比數位轉換器的方塊圖》

＜本轉換器使用充電分配至電容陣列＞

在本方塊圖中，取樣/保持、比較器、大部份的數位類比轉換器及12位元SAR都是類比；其餘電路部份是數位。結果，本轉換器內之類比電路耗用大部份的電源與電流，除數位類比轉換器與介面中發生的小量切換電流外，數位電路的消耗電流極少。

這類轉換器具有數支接地與電源接腳。這些接腳名稱經常被誤解為可依其腳位名稱來區別數位或類比。但這些腳位名稱並明確無表示，與系統和電路板連接之意義，它們是區別數位與類比電流如何流出晶片。知道這項資訊並了解晶片主要組成部份是類比，讓電源與接地線放在同一平面上，例如類比面就變得有意義。

例如，10 位元與 12 位元轉換器典型樣本的腳位排列如(圖二)所示。

《圖二　SAR 轉換器》

＜不管解析度高低，通常至少有兩個接地連結：AGND 與 DGND；此處圖解的轉換器為Microchip 的 MCP4008 與 MCP3001＞

這些元件通常有兩支接地腳從晶片拉出：AGND 與 DGND。電源只用一隻腳位。進行這種晶片之電路板佈線時，AGND 與 DGND 應連至類比接地面；類比與數位電源接腳也應連接至類比電源層，或至少連接至類比電源走線，加入適當的旁路電容且儘可能靠近接地與電源接腳端。這些元件如同 MCP3201只有一支接地腳及一支電源接腳的唯一原因，是因為包裝腳數之限制。但是，若將數位與類比接腳分開會使轉換器得到良好的精確度與重現性。

所有轉換器的電源佈線方式是：連接所有接地、正與負電源接腳至類比面。此外，連接與輸入信號相關的「COM」或「IN」接腳時應儘可能靠近信號接地。

高解析度的 SAR 轉換器 （16 與 18 位元轉換器），需要考慮從安靜之類比轉換器與電源層分離出數位雜訊。當連接這些元件至微控制器時，應使用外部數位緩衝器以達到乾淨的操作環境；雖然這些類型的SAR轉換器通常在數位輸出端具有內部雙緩衝器，外部緩衝器的使用進一步將轉換器內的類比電路與數位匯流排雜訊隔離。對這種系統適當電源處理方式如(圖三)所示。

《圖三　使用高解析度 SAR 類比數位轉換器，轉換器電源與接地應連接至類比面》

＜使用高解析度 SAR 類比數位轉換器，轉換器電源與接地應連接至類比面。類比數位轉換器的數位輸出應有緩衝器，使用外部三態輸出緩衝器。這些緩衝器隔開類比面與數位面，並提供高驅動能力。＞

精確的Sigma-Delta佈線方式

精確的Sigma-Delta 型類比數位轉換器在晶片內絕大多數是數位。早期在製造出這種轉換器時，使用者藉由電路板銅箔面將數位雜訊與類比雜訊分開。SAR 類比數位轉換器則可能有多支類比接地腳、數位接地腳與電源接腳。再一次，數位或類比設計工程師的一般傾向是將這些接腳分別接到各個接地或電源面上。很不幸的，這個傾向會產生誤導，特別是在解 16 至 24 位元精確元件的雜訊問題時。

一具有10Hz資料轉換率的高解析度Sigma-Delta轉換器，其時脈（內部或外部）可以高達 10MHz 或 20MHz。這個高頻時脈用以維持調變器與超取樣引擎電路之運轉。如同SAR 轉換器的情形，這個元件的AGND 與 DGND 接腳是接到同一接地面上。此外，類比與數位之電源接腳應連接在一起，而且在電路板之同一層上更好。類比與數位對電源面的要求條件與高解析度 SAR 轉換器相同。

接地面是一定需要的，也就是說至少需使用雙層板。在這塊雙層板上，接地面應覆蓋至少 75％ 的範圍。這個接地面的目的是，降低接地電阻及電感，並隔離電磁干擾與無線電波干擾。如果無法避免信號走線通過電路板的接地面上，信號走線儘可能地短並與接地電流返回路徑垂直。

結論

無須分開低解析度類比數位轉換器──例如6位元、8位元，或甚至可能是10位元轉換器的類比與數位接腳。但隨著選用的轉換器解析度/精確度的增加，佈線條件也變得更嚴格。高解析度SAR與 Sigma-Delta類比數位轉換器， 這兩種元件必須直接連接到較低雜訊的類比接地與電源層。（作者任職於Microchip）