介紹

　　MAX14921為高性能、高精確度電池組測量電路。測量精度的提高對于新型磷酸鐵鋰電池尤其重要，因為這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（SOC）下。優異的精度源于MAX14921獨特的采樣/保持架構，能夠最大限度地降低電池電壓采樣誤差和各節電池不同時采樣產生的誤差。

　　高精度特性還有賴于謹慎的電路設計，本文介紹了一些簡單、有效的布板原則，幫助您獲得最佳的精度指標。

　　降低噪聲

　　以下與噪聲相關的設計指南在現代PCB布局中的應用已經非常普及，本文給出了有關MAX14921噪聲抑制方面的布局考慮事項。

　　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，這個區域包含了數字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的背面區域。可以利用MAX14921下方PCB焊接層的過孔連接信號以及這個區域的電容。

　　保持電容與相應電源引腳之間的距離盡可能短。對于一些布局，可以把電容放在電路板背面，如果只有一個旁路電容，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（藍色）。首先了解VL的旁路，假設VL是3.3V。圖1中，通過過孔連接第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，通過通孔連接IC的引腳和一個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。按照以下說明，最好與AOUT （第10引腳）信號線平行鋪設AGND （第10引腳）信號線。基于這一考慮，通常將第12引腳的旁路電容放置在MAX14921的PCB同一側比較容易，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

　　噪聲管理的另一項技術是在敏感的模擬元件下方提供獨立的接地平面。圖4給出了ADC的獨立接地平面示例，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的過孔連接MAX14921的AGND與ADC的獨立接地平面，該旁路電容專用于這個獨立的接地平面。 DGND與AGND平面的唯一連接點位于ADC獨立接地平面右上方，通過白色絲印框顯示。

　　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（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引腳開始與AOUT信號線平行引出，提供了一個很好的RC濾波器布局。濾波器初始元件選擇的合理參數是220Ω和220pF。

　　圖5. AOUT引腳與ADC之間的連接。

　　T1、T2和T3的濾波

　　對T1、T2和T3模擬輸入進行濾波，也有助于改善性能。如果這些信號來自溫度傳感器，則采用RC濾波網絡，比如，在電路前端放置一個1kΩ電阻和一個10nF電容，構成RC網絡；或者，放置一個220Ω電阻和2.2nF電容構成RC網絡。

　　數字信號的隔離

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

　　保持精度

　　需嚴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（對于16節電池組設計）。然而，這組引線需要彼此分隔開，起點盡量靠近電池端。每節電池引線的電流都會流過VP和CV16共同連線，產生IR壓降，從而導致CV16電壓測量精度的下降。

　　VC0和AGND存在同樣的問題，流過AGND的電流會在它們的共同連線部分產生IR壓降，從而降低了CV0信號的準確性。正是考慮了這個原因，MAX14921的評估（EV）板上，VP和CV16分別采用了連接器的兩個獨立引腳；CV0和AGND也作了同樣處理。

　　減小寄生電容

　　MAX14921的操作分兩個階段進行，第一階段對采樣電容充電，從而把每節電池電壓采集到各個電容上；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降低電壓的測量精度。

　　實際應用中，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。

　　一個有效的途徑是優先考慮采樣電容的一端，使其盡可能靠近CT_引腳。 CB_走線勢必會長些，為了對此加以補償，在每個電容下方相應地留出獨立的地平面，連接到對應的CB_引腳。從而最大限度地減少采樣電容之間引線產生的寄生電容。

　　圖6給出了一個布線示例，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）的引線要長些。需要注意的是，CB13還要通過一個過孔直接連接到正下方的獨立接地平面。

　　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。

　　結論

　　本文重點介紹了改善PCB布線的幾個途徑，旨在幫助工程師確保MAX14921解決方案滿足系統要求，將測量誤差限制在1mV以內。