MAX14921模擬前端（AFE）與模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）和電壓基準(zhǔn)相結(jié)合，為電池（電池組）測量提供高性能、高性價比的解決方案。為了達到最高精度，必須注意印刷電路板（PCB）布局。本應(yīng)用筆記提供了一些布局建議，遵循這些建議后，可幫助您實現(xiàn)解決方案能夠提供的最高精度。

介紹

MAX14921是高性能的構(gòu)建模塊，在高精度電池組測量應(yīng)用中至關(guān)重要。這種增強的精度對于新的磷酸鋰電池填料尤其重要，其充電和放電曲線非常平坦，特別是在65%至95%的充電狀態(tài)（SOC）區(qū)域。MAX14921獨特的采樣保持架構(gòu)具有出色的精度，可將電池電壓采集誤差和不同時間采樣電芯誤差降至最低。

隨著精度的提高，設(shè)計過程中需要更加小心。本應(yīng)用筆記介紹了一些簡單而有效的布局指南，以幫助您實現(xiàn)這種增強精度的好處。

降低噪音

以下與噪聲相關(guān)的指南是現(xiàn)代PCB布局領(lǐng)域的實踐者所熟知的，因此這些指南更多地提醒了對MAX14921噪聲管理最關(guān)鍵的布局方面。

旁路電容器

眾所周知，旁路電容器是重要的電路元件，有利于在噪聲進入集成電路（IC）之前對其進行濾除。為了獲得最大效果，重要的是將旁路電容器放置在盡可能靠近其IC電源引腳的位置。表1詳細(xì)說明了MAX14921的旁路電容要求。

它可能會擠在IC的左側(cè)，數(shù)字SPI接口、模擬T1、T2、T3輸入、模擬輸出、電源引腳和一些采樣電容爭奪空間。為了緩解擁塞，回想一下MAX14921下方的空間可用。PCB焊接側(cè)的過孔位于MAX14921下方，可以路由信號，也可以連接到放置在那里的電容。

保持從電容器到其各自引腳的電源走線盡可能短。對于某些布局，這意味著在焊接側(cè)放置電容器。如果元件側(cè)只能安裝一個旁路電容器，則應(yīng)為引腳 12 （V一個） 電容器。

下圖說明了一些布局示例，這些示例取自4層評估板。在這些示例中，頂部銅是紅色，第 2 層（綠色）是 DGND，第 3 層（黃色）是 V5V，第 4 層（藍色）是底部銅。第一個示例顯示了 V 如何L被繞過，假設(shè) VL處于 3.3V 電壓。在圖1中，銅繼續(xù)經(jīng)過MAX14921下方的引腳5，在MAX14921下方，通過旁路電容C22在電路板的焊接側(cè)，位于MAX14921下方。電容器的另一側(cè)回溯到第 2 層 DGND。

圖1.MAX14921引腳5旁路電容示例

圖 2 顯示了 V 如何P被繞過。與引腳5一樣，頂部銅線繼續(xù)通過MAX14921下方的IC引腳，并通孔到達IC下方的旁路電容。由于引腳 13 的返回是 AGND，因此 C24 的另一側(cè)轉(zhuǎn)到引腳 11，而不是連接到 DGND 平面。

圖2.MAX14921引腳14旁路電容示例

圖 3 顯示了如何繞過 VA。如下所述，AGND信號（引腳11）與AOOUT信號（引腳10）平行是有利的。因此，通常最簡單的方法是將引腳12旁路電容與MAX14921本身放在PCB的同一側(cè)。這最大限度地提高了該旁路電容器的有效性。

圖3.MAX14921引腳12旁路電容示例

ADC 島

另一種管理噪聲的技術(shù)是在敏感的模擬元件下設(shè)置單獨的接地島。圖4顯示了ADC U3的單獨接地島，以及引腳11如何連接到該島。白色輪廓突出顯示了MAX14921 AGND引腳的走線如何連接到C20左側(cè)通孔處的ADC接地島，C20是專用于該接地島的旁路電容。DGND平面和AGND網(wǎng)絡(luò)之間的唯一連接是ADC地面島右上角的過孔，也以白色輪廓突出顯示。

圖4.ADC （U3） 的地面島。

將AOT連接到ADC

作為整體解決方案的一部分，MAX14921 AOOUT信號（引腳10）連接到ADC輸入。圖 5 中的布局顯示了執(zhí)行此操作的好方法。AOT走線（突出顯示）具有接地浮雕（從第2層，DGND）一直到由R2和C25組成的RC濾波器。此外，引腳 11 的 AGND 走線與 AOUT 走線平行。最好為RC濾波器留下足跡。該濾波器的合理起始值為220Ω，220pF。

圖5.從AOOUT引腳到ADC的連接。

過濾 T1、T2 和 T3

濾波 T1、T2 和 T3 模擬輸入也是一個好主意。如果這些信號來自溫度傳感器，請使用1kΩ和10nF等RC網(wǎng)絡(luò)作為起點。否則，從220Ω和2.2nF等RC網(wǎng)絡(luò)開始。

數(shù)字信號分離

MAX14921只有幾個數(shù)字信號、SPI接口（SCLK、SDI、SDO和#CS）以及SAMPL引腳和EN引腳（如果在設(shè)計中使用最后兩個）。這些數(shù)字信號需要遠離敏感的模擬輸入和輸出，其中最關(guān)鍵的是AOOUT信號（引腳10）。理想情況下，將這些數(shù)字信號保持在與模擬信號不同的層上，但如果特別注意將它們分開，這并不是絕對必要的。

保持準(zhǔn)確性

經(jīng)過一些仔細(xì)的布局規(guī)劃，可以保持電池組電壓在到達ADC的途中的精度。

將電源與信號分離

The MAX14921 VP引腳為電池組的前端接口供電。它直接連接到電池組的頂部，CV16引腳（用于16節(jié)電池組）也是如此。但是，這些連接需要保持獨立，從盡可能靠近電池開始。V通用的任何接線中的電流PCV16 會導(dǎo)致 IR 壓降，從而降低在 CV16 處測量的電壓精度。

同樣的準(zhǔn)則也適用于VC0和AGND。來自AGND的電流將導(dǎo)致兩者共有的任何接線中的IR壓降，從而降低CV0處信號的精度。這就是為什么MAX14921的評估（EV）板具有獨立的V連接器引腳。P和 CV16，以及 CV0 和 AGND。

將雜散電容降至最低

MAX14921工作在兩相。第一相采集采樣電容上的電池電壓。第二階段將這些電壓從采樣電容傳輸?shù)紸DC。在第二階段，CT_引腳上的任何雜散電容都會通過電荷注入降低電壓測量精度。

實際上，這意味著在所有采樣電容和MAX14921之間以及AOOUT引腳和ADC輸入之間盡可能使用短而細(xì)的走線。由于采樣電容的占位面積為0805，因此如何保持所有走線盡可能短可能并不明顯。

一種有效的技術(shù)是將采樣電容端接，并優(yōu)先保持與CT_引腳的連接盡可能短。CB_跡線長度必然會更長。為了補償這一點，每個電容器下方的接地層中的一個島連接到其相應(yīng)的CB_引腳。這將最大限度地減少來自該采樣電容的雜散電容。

圖6給出了一個示例，詳細(xì)說明了與底排MAX14921采樣電容引腳的連接（CT14、CB14、CT13、CB13、CT12、CB12、CT11和CB11）。例如，請注意引腳29（CT13）與其采樣電容的走線較短，但引腳30（CB13）（突出顯示的走線）較長。另請注意，該電容器下方的單獨接地島如何通過其下方的通孔連接到 CB13 網(wǎng)絡(luò)。

圖6.最小化采樣電容處的雜散電容 — 隱藏第 3 層（黃色）以提高清晰度。

結(jié)論

本應(yīng)用筆記重點介紹了一些簡單的布局指南，有助于確保獲得MAX14921方案所能達到的亞毫伏級精度。這些準(zhǔn)則的應(yīng)用示例可供下載。

審核編輯：郭婷