MAX14921高精度12/16节测量AFE的PCB布局指南

MAX14921模拟前端（AFE）与模数转换器（ADC）和电压基准相结合，为电池（电池组）测量提供高性能、高性价比的解决方案。为了达到最高精度，必须注意印刷电路板（PCB）布局。本应用笔记提供了一些布局建议，遵循这些建议后，可帮助您实现解决方案能够提供的最高精度。

介绍

MAX14921是高性能的构建模块，在高精度电池组测量应用中至关重要。这种增强的精度对于新的磷酸锂电池填料尤其重要，其充电和放电曲线非常平坦，特别是在65%至95%的充电状态（SOC）区域。MAX14921独特的采样保持架构具有出色的精度，可将电池电压采集误差和不同时间采样电芯误差降至最低。

随着精度的提高，设计过程中需要更加小心。本应用笔记介绍了一些简单而有效的布局指南，以帮助您实现这种增强精度的好处。

降低噪音

以下与噪声相关的指南是现代PCB布局领域的实践者所熟知的，因此这些指南更多地提醒了对MAX14921噪声管理最关键的布局方面。

旁路电容器

众所周知，旁路电容器是重要的电路元件，有利于在噪声进入集成电路（IC）之前对其进行滤除。为了获得最大效果，重要的是将旁路电容器放置在尽可能靠近其IC电源引脚的位置。表1详细说明了MAX14921的旁路电容要求。

引脚名称	引脚编号	电容器值	返回
VL	5	0.1μF	DGND （6）
V一个	12	1.0μF	阿格德 （11）
VP	14	0.1μF	阿格德 （11）

它可能会挤在IC的左侧，数字SPI接口、模拟T1、T2、T3输入、模拟输出、电源引脚和一些采样电容争夺空间。为了缓解拥塞，回想一下MAX14921下方的空间可用。PCB焊接侧的过孔位于MAX14921下方，可以路由信号，也可以连接到放置在那里的电容。

保持从电容器到其各自引脚的电源走线尽可能短。对于某些布局，这意味着在焊接侧放置电容器。如果元件侧只能安装一个旁路电容器，则应为引脚 12 （V一个） 电容器。

下图说明了一些布局示例，这些示例取自4层评估板。在这些示例中，顶部铜是红色，第 2 层（绿色）是 DGND，第 3 层（黄色）是 V5V，第 4 层（蓝色）是底部铜。第一个示例显示了 V 如何L被绕过，假设 VL处于 3.3V 电压。在图1中，铜继续经过MAX14921下方的引脚5，在MAX14921下方，通过旁路电容C22在电路板的焊接侧，位于MAX14921下方。电容器的另一侧回溯到第 2 层 DGND。

图1.MAX14921引脚5旁路电容示例

图 2 显示了 V 如何P被绕过。与引脚5一样，顶部铜线继续通过MAX14921下方的IC引脚，并通孔到达IC下方的旁路电容。由于引脚 13 的返回是 AGND，因此 C24 的另一侧转到引脚 11，而不是连接到 DGND 平面。

图2.MAX14921引脚14旁路电容示例

图 3 显示了如何绕过 VA。如下所述，AGND信号（引脚11）与AOOUT信号（引脚10）平行是有利的。因此，通常最简单的方法是将引脚12旁路电容与MAX14921本身放在PCB的同一侧。这最大限度地提高了该旁路电容器的有效性。

图3.MAX14921引脚12旁路电容示例

ADC 岛

另一种管理噪声的技术是在敏感的模拟元件下设置单独的接地岛。图4显示了ADC U3的单独接地岛，以及引脚11如何连接到该岛。白色轮廓突出显示了MAX14921 AGND引脚的走线如何连接到C20左侧通孔处的ADC接地岛，C20是专用于该接地岛的旁路电容。DGND平面和AGND网络之间的唯一连接是ADC地面岛右上角的过孔，也以白色轮廓突出显示。

图4.ADC （U3） 的地面岛。

将AOT连接到ADC

作为整体解决方案的一部分，MAX14921 AOOUT信号（引脚10）连接到ADC输入。图 5 中的布局显示了执行此操作的好方法。AOT走线（突出显示）具有接地浮雕（从第2层，DGND）一直到由R2和C25组成的RC滤波器。此外，引脚 11 的 AGND 走线与 AOUT 走线平行。最好为RC滤波器留下足迹。该滤波器的合理起始值为220Ω，220pF。

图5.从AOOUT引脚到ADC的连接。

过滤 T1、T2 和 T3

滤波 T1、T2 和 T3 模拟输入也是一个好主意。如果这些信号来自温度传感器，请使用1kΩ和10nF等RC网络作为起点。否则，从220Ω和2.2nF等RC网络开始。

数字信号分离

MAX14921只有几个数字信号、SPI接口（SCLK、SDI、SDO和#CS）以及SAMPL引脚和EN引脚（如果在设计中使用最后两个）。这些数字信号需要远离敏感的模拟输入和输出，其中最关键的是AOOUT信号（引脚10）。理想情况下，将这些数字信号保持在与模拟信号不同的层上，但如果特别注意将它们分开，这并不是绝对必要的。

保持准确性

经过一些仔细的布局规划，可以保持电池组电压在到达ADC的途中的精度。

将电源与信号分离

The MAX14921 VP引脚为电池组的前端接口供电。它直接连接到电池组的顶部，CV16引脚（用于16节电池组）也是如此。但是，这些连接需要保持独立，从尽可能靠近电池开始。V通用的任何接线中的电流PCV16 会导致 IR 压降，从而降低在 CV16 处测量的电压精度。

同样的准则也适用于VC0和AGND。来自AGND的电流将导致两者共有的任何接线中的IR压降，从而降低CV0处信号的精度。这就是为什么MAX14921的评估（EV）板具有独立的V连接器引脚。P和 CV16，以及 CV0 和 AGND。

将杂散电容降至最低

MAX14921工作在两相。第一相采集采样电容上的电池电压。第二阶段将这些电压从采样电容传输到ADC。在第二阶段，CT_引脚上的任何杂散电容都会通过电荷注入降低电压测量精度。

实际上，这意味着在所有采样电容和MAX14921之间以及AOOUT引脚和ADC输入之间尽可能使用短而细的走线。由于采样电容的占位面积为0805，因此如何保持所有走线尽可能短可能并不明显。

一种有效的技术是将采样电容端接，并优先保持与CT_引脚的连接尽可能短。CB_迹线长度必然会更长。为了补偿这一点，每个电容器下方的接地层中的一个岛连接到其相应的CB_引脚。这将最大限度地减少来自该采样电容的杂散电容。

图6给出了一个示例，详细说明了与底排MAX14921采样电容引脚的连接（CT14、CB14、CT13、CB13、CT12、CB12、CT11和CB11）。例如，请注意引脚29（CT13）与其采样电容的走线较短，但引脚30（CB13）（突出显示的走线）较长。另请注意，该电容器下方的单独接地岛如何通过其下方的通孔连接到 CB13 网络。

图6.最小化采样电容处的杂散电容 — 隐藏第 3 层（黄色）以提高清晰度。

结论

本应用笔记重点介绍了一些简单的布局指南，有助于确保获得MAX14921方案所能达到的亚毫伏级精度。这些准则的应用示例可供下载。

审核编辑：郭婷