介紹

　　MAX14921為高性能、高精確度電池組測(cè)量電路。測(cè)量精度的提高對(duì)于新型磷酸鐵鋰電池尤其重要，因?yàn)檫@類電池的充放電曲線非常平坦，特別是在65％至95％滿充電量的充電狀態(tài)（SOC）下。優(yōu)異的精度源于MAX14921獨(dú)特的采樣/保持架構(gòu)，能夠最大限度地降低電池電壓采樣誤差和各節(jié)電池不同時(shí)采樣產(chǎn)生的誤差。

　　高精度特性還有賴于謹(jǐn)慎的電路設(shè)計(jì)，本文介紹了一些簡(jiǎn)單、有效的布板原則，幫助您獲得最佳的精度指標(biāo)。

　　降低噪聲

　　以下與噪聲相關(guān)的設(shè)計(jì)指南在現(xiàn)代PCB布局中的應(yīng)用已經(jīng)非常普及，本文給出了有關(guān)MAX14921噪聲抑制方面的布局考慮事項(xiàng)。

　　旁路電容

　　旁路電容是重要的電路元件，集成電路（IC）正常工作基于良好的噪聲濾波。為了獲得最佳特性，旁路電容應(yīng)盡可能靠近IC的電源引腳放置，表1列出了MAX14921的旁路電容要求。

　　表1. MAX14921旁路電容要求

　　電容可以安裝在IC左側(cè)，這個(gè)區(qū)域包含了數(shù)字SPI接口、T1/T2/T3的模擬輸入、模擬輸出、電源引腳和一些采樣電容。為了緩解局促的布板空間，可以利用MAX14921的背面區(qū)域?？梢岳肕AX14921下方PCB焊接層的過(guò)孔連接信號(hào)以及這個(gè)區(qū)域的電容。

　　保持電容與相應(yīng)電源引腳之間的距離盡可能短。對(duì)于一些布局，可以把電容放在電路板背面，如果只有一個(gè)旁路電容，則將其放置在器件旁邊，如第12腳（VA）的電容。

　　以4層板為例，下面列舉了一些布局示例。在這些例子中，頂層走線是紅色的，第二層是DGND（綠色），第三層是V5V（黃色），第4層是底層走線（藍(lán)色）。首先了解VL的旁路，假設(shè)VL是3.3V。圖1中，通過(guò)過(guò)孔連接第5引腳到電路板的背面，在電路板的背面（MAX14921下方）安裝旁路電容C22。電容器的另一引腳通過(guò)通孔連接到PCB的第2層，DGND。

　　圖1. MAX14921第5引腳旁路電容示例。

　　圖2展示了如何連接VP旁路。類似pin5的情況，通過(guò)通孔連接IC的引腳和一個(gè)放置在背面的旁路電容。由于第13引腳的返回端是AGND，C24的另一端連接第11引腳，而非DGND平面。

　　圖2. MAX14921引腳14旁路電容布局。

　　從圖3可以了解到VA旁路電容的連接。按照以下說(shuō)明，最好與AOUT （第10引腳）信號(hào)線平行鋪設(shè)AGND （第10引腳）信號(hào)線?；谶@一考慮，通常將第12引腳的旁路電容放置在MAX14921的PCB同一側(cè)比較容易，充分利用該旁路電容。

　　圖3. MAX14921第12引腳的旁路電容連接。

　　ADC布線隔離

　　噪聲管理的另一項(xiàng)技術(shù)是在敏感的模擬元件下方提供獨(dú)立的接地平面。圖4給出了ADC的獨(dú)立接地平面示例，將U3和第11引腳連接到這一地平面。白色的絲印框突出顯示了從左邊旁路電容C20的過(guò)孔連接MAX14921的AGND與ADC的獨(dú)立接地平面，該旁路電容專用于這個(gè)獨(dú)立的接地平面。 DGND與AGND平面的唯一連接點(diǎn)位于ADC獨(dú)立接地平面右上方，通過(guò)白色絲印框顯示。

　　圖4. 與ADC （U3）的地平面隔離。

　　AOUT與ADC之間的連接

　　作為整體解決方案的一部分，MAX14921 AOUT信號(hào)（第10引腳）連接到ADC輸入。圖5給出了較好的布線示例，AOUT引線（高亮）有一個(gè)伴隨的接地（第2層，DGND）連接到R2和C25組成的RC濾波器。此外，AGND引線從第11引腳開(kāi)始與AOUT信號(hào)線平行引出，提供了一個(gè)很好的RC濾波器布局。濾波器初始元件選擇的合理參數(shù)是220Ω和220pF。

　　圖5. AOUT引腳與ADC之間的連接。

　　T1、T2和T3的濾波

　　對(duì)T1、T2和T3模擬輸入進(jìn)行濾波，也有助于改善性能。如果這些信號(hào)來(lái)自溫度傳感器，則采用RC濾波網(wǎng)絡(luò)，比如，在電路前端放置一個(gè)1kΩ電阻和一個(gè)10nF電容，構(gòu)成RC網(wǎng)絡(luò)；或者，放置一個(gè)220Ω電阻和2.2nF電容構(gòu)成RC網(wǎng)絡(luò)。

　　數(shù)字信號(hào)的隔離

　　MAX14921只有幾路數(shù)字信號(hào)，其中包括：SPI接口（SCLK、SDI、SDO和/CS）、SAMPL和EN控制（如果設(shè)計(jì)中需要使用這兩個(gè)控制信號(hào)）。這些數(shù)字信號(hào)需要遠(yuǎn)離敏感的模擬輸入和輸出，特別是AOUT信號(hào)（引腳10）。理想情況下，把這些數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)布設(shè)在不同層，但這如果采取了特別嚴(yán)格的隔離措施，那個(gè)要求并不絕對(duì)。

　　保持精度

　　需嚴(yán)格處理電路板的布局和布線，以確保電池電壓精確送入ADC輸入端。

　　電源和信號(hào)分隔

　　MAX14921的VP引腳為電池組接口前端供電，它直接連接到電池組正極的頂端，即CV16引腳（對(duì)于16節(jié)電池組設(shè)計(jì)）。然而，這組引線需要彼此分隔開(kāi)，起點(diǎn)盡量靠近電池端。每節(jié)電池引線的電流都會(huì)流過(guò)VP和CV16共同連線，產(chǎn)生IR壓降，從而導(dǎo)致CV16電壓測(cè)量精度的下降。

　　VC0和AGND存在同樣的問(wèn)題，流過(guò)AGND的電流會(huì)在它們的共同連線部分產(chǎn)生IR壓降，從而降低了CV0信號(hào)的準(zhǔn)確性。正是考慮了這個(gè)原因，MAX14921的評(píng)估（EV）板上，VP和CV16分別采用了連接器的兩個(gè)獨(dú)立引腳；CV0和AGND也作了同樣處理。

　　減小寄生電容

　　MAX14921的操作分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段對(duì)采樣電容充電，從而把每節(jié)電池電壓采集到各個(gè)電容上；第二階段將這些電容采集到的電壓提供給ADC。在第二階段中，任何CT_引腳的寄生電容由于電荷注入會(huì)降低電壓的測(cè)量精度。

　　實(shí)際應(yīng)用中，這意味著MAX14921于所有采樣電容之間的連線要盡可能短，同樣，AOUT引腳與ADC輸入之間的連線也要盡可能短。由于采樣電容為0805封裝，保持所有引線盡可能短不是件容易的事情。

　　一個(gè)有效的途徑是優(yōu)先考慮采樣電容的一端，使其盡可能靠近CT_引腳。 CB_走線勢(shì)必會(huì)長(zhǎng)些，為了對(duì)此加以補(bǔ)償，在每個(gè)電容下方相應(yīng)地留出獨(dú)立的地平面，連接到對(duì)應(yīng)的CB_引腳。從而最大限度地減少采樣電容之間引線產(chǎn)生的寄生電容。

　　圖6給出了一個(gè)布線示例，可以清楚地看到MAX14921采樣電容在底層PCB的連接（CT14、CB14、CT13、CB13、 CT12、CB12、CT11、CB11）。從圖中標(biāo)注可以看出，第29引腳（CT13）與其采樣電容之間用短線連接，而第30引腳（CB13）的引線要長(zhǎng)些。需要注意的是，CB13還要通過(guò)一個(gè)過(guò)孔直接連接到正下方的獨(dú)立接地平面。

　　圖6. 最大限度地減少采樣電容之間的寄生電容—隱藏第3層（黃色）使圖片更清晰。

　　結(jié)論

　　本文重點(diǎn)介紹了改善PCB布線的幾個(gè)途徑，旨在幫助工程師確保MAX14921解決方案滿足系統(tǒng)要求，將測(cè)量誤差限制在1mV以內(nèi)。