优化PCB布局实现高速ADC设计

　　高速设计往往易被忽视或者相当重要。系统电路板布局已成为设计本身的一个主要组成部分，因此，我们必须了解影响高速信号链路设计性能的机制。

　　尽管身为工程师，但我们也很可能"制造"较多麻烦。因此，切忌过分挑剔而使CAD工程师陷入设计困境，这并不能给性能带来任何改善。

　　不要忘记裸露焊盘

　　裸露焊盘有时会被忽视，而它对充分发挥信号链路性能和帮助器件散热却非常重要。裸露焊盘在ADI公司我们通常称之为引脚0,是目前大多数器件下方的焊盘。它是一个重要的接点，一般芯片的所有内部接地都是通过它而连接到器件下方的中心点。

　　您是否已注意到目前有许多转换器和放大器都缺少接地引脚？裸露焊盘就是其原因所在。关键是要将此引脚妥善固定（即焊接）到印刷电路板（PCB），而实现鲁棒的电气和热连接，否则，系统设计可能遭到各种破坏。

　　利用裸露焊盘实现最佳电气和热连接基本分为三个步骤。首先，在可能的情况下，在PCB的各层上都复制裸露焊盘，这将为所有接地和接地层提供较厚的热连接而实现快速散热。

　　此步骤与大功率器件和具有多通道的应用相关。在电气方面，这将为所有接地层提供良好的等电位连接。您甚至还可以在底层复制裸露焊盘（图1），这可作为去耦用热风焊盘接地点和安装底侧散热器的位置。

图1:在每一层上复制裸露焊盘能够帮助创建鲁棒的电气和散热接地连接，同时，还能为热风焊盘和底侧去耦增加附加区域。

　　其次，将裸露焊盘分割成棋盘似的多个相同部分。这可以通过两种方式实现：在敞开的裸露焊盘上使用丝网印刷交叉阴影线或者阻焊膜。此步骤可以确保器件与PCB之间的鲁棒连接。在回流焊组装工艺中，无法确定焊锡膏如何流动并最终将器件连接到PCB.

图2:如果裸露焊盘未被分割并且通孔未被填充，回流焊过程中将会形成空洞。

　　出现的问题是，连接可能存在但分布却不均匀。可能仅仅得到一个连接并且连接很小，或者更糟糕的是，此连接位于拐角处。将裸露焊盘分割成较小部分，能够确保每个区域都有一个连接点，从而实现更鲁棒的、均匀连接的裸露焊盘（图2和图3）。

图3:分割PCB上的裸露焊盘有助于在电路板装配过程中PCB与IC粘合得更紧密。

　　最后，应当确保各部分都有过孔连接到地。各区域通常都很大，足以放置多个过孔。组装之前，务必用焊锡膏或者环氧树脂填充每个过孔，这一步非常重要，可以确保裸露焊盘焊锡膏不会回流到这些过孔空洞中，而降低正确连接的机率。

　　去耦和平面电容

　　有时我们会忽略使用去耦的目的，而仅仅在电路板上分散许多数值的电容，使较低阻抗的电源连接到地。但问题依然存在：到底需要多少电容？

　　许多文献表示，应使用多个电容和多个数值来降低输电系统（PDS）的阻抗，但这并非完全正确。事实上，仅需选择正确数值和正确"种类"的电容，就能降低PDS的阻抗。

　　比如我们要设计10mΩ的参考平面，如果在系统电路板上使用多个电容值，便可降低在500MHz频率范围内的阻抗，如图4中的红色曲线所示。

图4:标准的去耦电容可以帮助降低高达500MHz的PDS阻抗，而频率超过500MHz时则由平面电容解决。了解所用电容可以降低设计中所用电容的数量和类型。

　　然而，让我们再看一下绿色曲线，其在同样的设计上仅使用了0.1μF和10μF两种电容。这证明了如果使用恰当的电容，则不需要采用如此多的电容值。这也有助于节省布局和物料清单（BOM）成本。

　　然而，并非所有的电容"生来平等",即使来源于同一供应商，其工艺、尺寸和样式也有差别。如果未使用正确的电容，则不论是采用多个电容还是采用几种不同类型的电容，其结果都会给PDS带来反作用。

　　放置电容或者使用不同的电容工艺和型号都有可能形成电感环路，它们将对系统内的频率做出不同响应以及彼此之间发生谐振（图5）。

　　了解系统所用电容类型的频率响应非常重要。随便选用电容会让设计低阻抗PDS系统的努力付诸东流。

　　要设计出合格的PDS,需要使用各种电容（再见图4）。PCB上使用的典型电容值只能将直流或者接近直流的约500MHz频率范围内的阻抗降低。在500MHz以上时，电容将由PCB形成的内部电容决定。电源平面和接地平面是否叠置得足够紧密？