微弱信号测量的PCB布线的探讨

zca123

微弱信号测量的PCB布线的探讨 [复制链接]

微弱信号测量的PCB布线（运放，AD,DA，基准）（μV甚至nV级），能不能把基准单独铺一层（4层板）。 这样做能够降低基准的压降？还是把环境中的干扰引入基准？ 谢谢各位

chunyang

当然可以，但通常不必如此，独占一层还能满足布线密度要求的话说明未必需要4层板。微小信号的PCB设计很讲究，使用4层板有好处，但也不是用了4层板就可以随便布局走线，关键是要处理好系统内电磁辐射源的隔离和抑制设计。
至于“降低压降”一说是不正确的，电压基准需要的是稳定，即使有压降，只要压降是恒定的就没关系，事实上，有时基准源是需要分压后再用的。
关于基准源的受干扰问题，当然要尽力避免，基准源要靠近AD布局，走线也要尽量短直，能少用过孔就尽量少用，

zca123

继续请教。请楼上提建议






[ 本帖最后由 zca123 于 2013-9-18 16:55 编辑 ]

zca123

走线密度确实不大。但是为了更好的去耦，用了四层板。分别是模拟部分是：信号层-模拟地层-基准层-信号层。
数字部分是右下角，只有个430，用于控制AD和DA。分别是：信号层-数字地-3.3V-信号层
左边是电源。

在基准的附近把两个地共在一起(R501).

zca123

我是这样考虑的。因为似乎模拟器件的供电AVCC走线长一点，多拐了几道弯，多用了几个过孔影响似乎不是很大，甚至有些场合为了滤波的效果还在电源走线中串入电感或电阻构成π型网络。而对于基准，阻抗越大。温度不一样，热电动势和电流产生的压降不一致就越严重。就会导致ADC和DAC输入端基准对温度敏感。不知道我的理解对不对？

另整个板子放入铝壳中，用电池供电

qwqwqw2088

走线确实不是很密，不知道是否非要用4层板，，
运放，AD，DA等之类的对电源要求要平稳、纹波小，弱小信号部分要尽量远离功率器件，这个楼主应该知道。对散热必须在器件布局时就必须进行特殊考虑，比如，根据外壳结构，通风口，器件高度，空气对流等等，，

并且看所布的板子，器件布局不是很密，，
一般走线它尽可能地短，基准源要靠近AD布局，功率信号和小信号器件要分开这是常规

zca123

用四层板是想减少干扰，不知道这样是否反而带来了干扰？不用四层板如果更好的话肯定不用，并且中间两层完全没有走线。

我看到基本所有仪器，安捷伦、泰克也好。基准源子板都是未覆铜的（双层板）不知道是否是因为①减少漏电②覆铜充当了“天线”接收环境电磁干扰？

为了减少电源纹波，在芯片的电源管脚处用低ESR的CBB电容滤波，第二层铺地也是出于增强电容滤波效果。

功率器件都放在了左边，在电源芯片附件也打了孔，挖了槽，防止热量串过来。其实系统的整体电流应该不到10mA.发热也不大。


由于用了金属箔电阻和金属膜电阻，都是直插的，有点大。用了4个运放，2个DA，一个AD，要想把其中的模拟地和基准都靠在一起有点困难，也不敢走线隔得太近。所以才想铺了大面积的地和基准。但是这样可能弄巧成拙了。

qwqwqw2088

微弱信号尽量避免大面积覆铜

zca123

纠结啊。我也听过有这么一说，但是具体原因不清楚。所以我也没有在顶层和底层覆铜。但是表面覆铜和铺地层/电源层不知道是不是一样的效果。在凌特（貌似是他们家）的DAC的手册上在讲布局和布线的时候，最后总结性的说了一句：只有四层板才能最大限度的发挥其性能（一时找不到出自哪个器件的手册了）。摘一段2641的：

A useful technique for minimizing errors is to use a separate board layer for power ground return connections, and reserve one ground plane layer for low current “signal” GND connec-tions.

上传一份ADI的中文应用笔记虽然翻译得很不通顺。但是其中讲了一些鲜为人知的观点，比如说：ADC和DAC器件上的DGND和AGND都要统统接入模拟地，这个一般人都是各接各的。在这份很诡异的应用笔记通篇都在说要铺一层地。我做成4层板也是受了他的影响。

实现数据转换器的接地并解开“AGND”和“DGND”的谜团.pdf (991.98 KB, 下载次数: 44)

2013-9-18 20:49 上传

点击文件名下载附件

在我的应用中，最终的输出的参考地是基准的2.5V。从而实现正负极性的输出。

[ 本帖最后由 zca123 于 2013-9-18 20:49 编辑 ]

dontium

正象二楼所说，有压降不怕，只要稳、只要没有干扰。

楼主的分层基本是合理 的，在铺地上，最好留下可以下刀的地方，以便调试时使用。

干扰始终是存在的，模拟与模拟之间、数字与模拟之间，都会有干扰的。具体怎么做，谁也给不出正确的答案。

我第一次深刻理解干扰时，是一个元件在PCB上旋转90度后，通讯距离就突然拉大了近十倍。

zca123

谢谢。之前做过一版，发现噪声看上去倒是不大。用的34401A测的。因为34401内部用的LM399做基准，0.1HZ~10HZ的噪声有好几个μV，比我用的基准噪声大。万用表在处理的时候应该做过数字滤波的，总之无法评估噪声。但是飘移就比较严重了，一方面是电阻温漂太大。另一方面在PCB布局布线上是否能够优化。所以来向各位取经。一个比较棘手的问题是，铺地和铺基准到底是好是坏？

zca123

这是之前测的一组数据，24位ADC的读值。发现噪声比较大。后来发现这样的测试方法行不通。因为ADC在测直流信号的时候达不到标称位数。此AD虽有24位，但是直流有效位数不到20位。加上电源箱干扰，未加屏蔽罩，未隔离气流导致等因素。噪声还是可以接受的。但是漂移是比较可怕的。有没有什么好主意？

（四十分钟）

chunyang

你的理解有问题，似是而非。电源线在可能的前提下还是要尽量缩短，不论数字电路还是模拟电路，串入滤波去耦器件并不能等效于电源回路的长度加长，电源回路过长的问题在于容易耦合受扰，而去耦器件的引入则是必须的。至于温度问题则是完全不同的问题，基准是应该远离发热器件，但关键的还是热稳定，这跟布线尺寸无关。

zca123

恩。问题的关键是四层板中的中间层除了铺地层以外。铺电源层好，还是铺基准层好，还是都不要铺。走线短肯定受干扰小。电源相对于基准，影响具有更加强大的带负载能力，驱动能力，负载调节率？所以我觉得是否可以把第3层铺基准？取代电源层是系统更脆弱还是更稳定？

chunyang

没有“基准层”这样的说法，PCB中的所谓“层”特指主要布设某些特性或连接的层，电源层、地层都是大面积覆盖的，本身具有电气阻抗低且能够屏蔽部分电磁辐射干扰。使用多层板的前提下，电源层和底层应尽量使用。
关于基准，你的“担心”并未集中在应该的地方，有关概念更是模糊，而要点我已在前帖中提过。

chunyang

再跟你强调一下：
微弱信号电路中，AD基准根本不是要点，重要的是高增益放大通道。