【導讀】在現代電子測試、半導體驗證及高精度數據采集係統中，工程師們持續麵臨著一個核心矛盾：如何在有限的空間內集成更多的開關通道
，同時不犧牲信號完整性、測量精度與係統散熱能力？傳統的分立開關方案已觸及 PCB 布(bu)局(ju)與(yu)熱(re)管(guan)理(li)的(de)瓶(ping)頸(jing)。為(wei)此(ci)，一(yi)款(kuan)采(cai)用(yong)革(ge)命(ming)性(xing)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)共(gong)封(feng)裝(zhuang)與(yu)直(zhi)通(tong)引(yin)腳(jiao)設(she)計(ji)的(de)精(jing)密(mi)開(kai)關(guan)應(ying)運(yun)而(er)生(sheng)。它(ta)並(bing)非(fei)簡(jian)單(dan)的(de)組(zu)件(jian)迭(die)代(dai)，而(er)是(shi)從(cong)封(feng)裝(zhuang)架(jia)構(gou)層(ceng)麵(mian)進(jin)行(xing)的(de)係(xi)統(tong)性(xing)創(chuang)新(xin)，旨(zhi)在(zai)同(tong)時(shi)攻(gong)克(ke)高(gao)通(tong)道(dao)密(mi)度(du)
、卓越信號保真度與高效散熱三大難題
，為下一代高密度、高精度電子係統提供了顛覆性的硬件解決方案。

摘要

在現代電子測試、半導體驗證及高精度數據采集係統中，工程師們持續麵臨著一個核心矛盾：如何在有限的空間內集成更多的開關通道，同時不犧牲信號完整性
、測量精度與係統散熱能力？傳統的分立開關方案已觸及 PCB 布(bu)局(ju)與(yu)熱(re)管(guan)理(li)的(de)瓶(ping)頸(jing)。為(wei)此(ci)
，一(yi)款(kuan)采(cai)用(yong)革(ge)命(ming)性(xing)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)共(gong)封(feng)裝(zhuang)與(yu)直(zhi)通(tong)引(yin)腳(jiao)設(she)計(ji)的(de)精(jing)密(mi)開(kai)關(guan)應(ying)運(yun)而(er)生(sheng)。它(ta)並(bing)非(fei)簡(jian)單(dan)的(de)組(zu)件(jian)迭(die)代(dai)
，而(er)是(shi)從(cong)封(feng)裝(zhuang)架(jia)構(gou)層(ceng)麵(mian)進(jin)行(xing)的(de)係(xi)統(tong)性(xing)創(chuang)新(xin)，旨(zhi)在(zai)同(tong)時(shi)攻(gong)克(ke)高(gao)通(tong)道(dao)密(mi)度(du)、卓越信號保真度與高效散熱三大難題
，為下一代高密度、高精度電子係統提供了顛覆性的硬件解決方案。

引言

這款開關的主要創新之處在於，它巧妙地將無源元件和獨立控製的開關與串行外設接口(SPI)集ji成cheng在zai一yi起qi。通tong過guo將jiang電dian阻zu和he電dian容rong直zhi接jie納na入ru開kai關guan封feng裝zhuang中zhong，設she計ji人ren員yuan可ke以yi獲huo得de大da幅fu節jie省sheng空kong間jian。這zhe種zhong設she計ji架jia構gou能neng夠gou大da幅fu縮suo小xiao電dian路lu板ban麵mian積ji

，最zui多duo減jian少shao80%，因此非常適合對空間要求極為嚴格的應用。

直通引腳特性為PCB設計人員帶來了顛覆性的解決方案。這項特性允許SPI和he電dian源yuan走zou線xian直zhi接jie高gao效xiao地di穿chuan過guo開kai關guan布bu線xian，從cong而er無wu需xu使shi用yong額e外wai的de過guo孔kong或huo複fu雜za的de布bu線xian配pei置zhi。通tong過guo這zhe種zhong簡jian化hua方fang案an，不bu僅jin設she計ji複fu雜za性xing得de以yi降jiang低di，而er且qie開kai關guan通tong道dao密mi度du得de到dao大da幅fu提ti高gao，使shi得de創chuang建jian更geng緊jin湊cou、更高性能的設計成為可能。

除了節省空間之外
，這款開關的導通電阻也非常低

，隻有大約0.5 Ω。此(ci)特(te)性(xing)對(dui)於(yu)提(ti)升(sheng)測(ce)量(liang)精(jing)度(du)和(he)有(you)效(xiao)減(jian)少(shao)處(chu)理(li)大(da)電(dian)流(liu)時(shi)的(de)發(fa)熱(re)量(liang)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。憑(ping)借(jie)低(di)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)，這(zhe)款(kuan)器(qi)件(jian)能(neng)夠(gou)在(zai)廣(guang)泛(fan)的(de)應(ying)用(yong)中(zhong)實(shi)現(xian)出(chu)色(se)的(de)信(xin)號(hao)完(wan)整(zheng)性(xing)和(he)精(jing)度(du)，包(bao)括(kuo)自(zi)動(dong)測(ce)試(shi)設(she)備(bei)和(he)精(jing)密(mi)測(ce)量(liang)與(yu)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)。此(ci)外(wai)，低(di)導(dao)通(tong)電(dian)阻(zu)改(gai)善(shan)了(le)熱(re)阻(zu)，即(ji)使(shi)在(zai)變(bian)化(hua)的(de)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)下(xia)
，也(ye)能(neng)提(ti)供(gong)可(ke)靠(kao)、一致的性能。

通道數最大化所麵臨的挑戰

當(dang)以(yi)通(tong)道(dao)數(shu)最(zui)大(da)化(hua)為(wei)目(mu)標(biao)設(she)計(ji)係(xi)統(tong)時(shi)，電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)就(jiu)成(cheng)為(wei)寶(bao)貴(gui)的(de)資(zi)源(yuan)。開(kai)關(guan)對(dui)於(yu)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)通(tong)道(dao)數(shu)量(liang)起(qi)著(zhe)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)的(de)作(zuo)用(yong)

，但(dan)隨(sui)著(zhe)開(kai)關(guan)數(shu)量(liang)的(de)增(zeng)加(jia)，電(dian)路(lu)板(ban)空(kong)間(jian)不(bu)僅(jin)要(yao)被(bei)開(kai)關(guan)本(ben)身(shen)占(zhan)用(yong)，還(hai)要(yao)被(bei)正(zheng)常(chang)運(yun)行(xing)所(suo)需(xu)的(de)邏(luo)輯(ji)控(kong)製(zhi)線(xian)和(he)相(xiang)關(guan)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)占(zhan)用(yong)。結(jie)果(guo)
，控(kong)製(zhi)開(kai)關(guan)所(suo)需(xu)的(de)額(e)外(wai)元(yuan)件(jian)占(zhan)用(yong)了(le)不(bu)少(shao)空(kong)間(jian)，導(dao)致(zhi)可(ke)實(shi)現(xian)的(de)通(tong)道(dao)數(shu)量(liang)減(jian)少(shao)。

傳統開關解決方案

提高通道密度的一種常用解決方案是使用由SPI邏輯接口控製的開關
，例如八通道SPI開關ADG1414。這種架構相比並行接口有明顯的優勢，因為它隻需要四條GPIO線即可實現，並且隻使用標準微控製器的一個SPI端口。對於包含大量開關的係統，可以利用器件提供的菊花鏈功能來同時控製所有器件。圖1展示了以菊花鏈模式配置的25個ADG1414器件控製200個LED的示例。此外還需要三個去耦電容和一個上拉電阻以確保電路正常工作。這種實現方案需要布置125個元件，占用約2600 mm2的電路板麵積。

圖1.搭載25個ADG1414器件的PCB布局示例

先進封裝

通過將無源元件直接集成到開關封裝中（如圖2所示），設計人員可以大幅節省空間。ADGS2414D集成了用於VDD、VSS和RESET/VL電源引腳的去耦電容
，因此不需要外部去耦電容。SDO引腳的上拉電阻也集成於其中。再結合開關電路的多芯片堆疊

，這款開關的整體尺寸得以顯著縮小，采用4 mm × 5 mm LGA封裝。

圖2.ADI公司創新的堆疊式三芯片解決方案

直通引腳

當(dang)係(xi)統(tong)中(zhong)使(shi)用(yong)多(duo)個(ge)器(qi)件(jian)時(shi)，借(jie)助(zhu)直(zhi)通(tong)引(yin)腳(jiao)特(te)性(xing)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)更(geng)緊(jin)湊(cou)的(de)布(bu)局(ju)並(bing)提(ti)高(gao)通(tong)道(dao)密(mi)度(du)。此(ci)特(te)性(xing)有(you)助(zhu)於(yu)電(dian)源(yuan)和(he)數(shu)字(zi)線(xian)路(lu)在(zai)器(qi)件(jian)之(zhi)間(jian)無(wu)縫(feng)傳(chuan)輸(shu)。封(feng)裝(zhuang)的(de)頂(ding)部(bu)和(he)底(di)部(bu)引(yin)腳(jiao)均(jun)提(ti)供(gong)VDD、RESET/VL、GND電源線和SCLK

、CS、SDI、SDO數字線。直通引腳簡化了PCB布線，並減少了連接多個器件時對過孔的需求。圖3展示了一個PCB布局示例，其中四個以菊花鏈模式配置的ADGS2414D器件利用直通引腳特性
，使布局的整體尺寸大大縮小。

圖3.使用直通引腳特性的PCB布局示例

ADI開關解決方案

如前所述，圖1所示的常見開關解決方案需要布置125個元件，占用約2600 mm2的電路板麵積。采用創新的無源元件共封裝和八通道開關的直通引腳特性，可以實現密度顯著提高的新型PCB設計。圖4展示了同樣的場景
，25個ADGS2414D開關控製200個LED。借(jie)助(zhu)菊(ju)花(hua)鏈(lian)功(gong)能(neng)

，同(tong)樣(yang)可(ke)以(yi)同(tong)時(shi)控(kong)製(zhi)所(suo)有(you)器(qi)件(jian)。值(zhi)得(de)注(zhu)意(yi)的(de)是(shi)，這(zhe)種(zhong)布(bu)局(ju)沒(mei)有(you)無(wu)源(yuan)元(yuan)件(jian)
，因(yin)此(ci)開(kai)關(guan)可(ke)以(yi)緊(jin)密(mi)排(pai)布(bu)

，兩(liang)側(ce)上(shang)器(qi)件(jian)之(zhi)間(jian)的(de)典(dian)型(xing)間(jian)距(ju)為(wei)1 mm。此設計僅需布置25個器件，電路板麵積約為800 mm2
，減少了70%。除了節省電路板麵積外，還減少了100個無源元件，從而大大節省了製造成本
，並提高了產品質量和可靠性。

圖4.搭載25個器件的PCB布局示例

低導通電阻

除了節省空間外，ADGS2414D還擁有出色的低開關導通電阻，典型值為0.5 Ω。這種低電阻可最大限度地減少測量信號鏈中的電壓降(I×R)

，從cong而er提ti高gao係xi統tong層ceng麵mian的de整zheng體ti精jing度du。在zai高gao通tong道dao密mi度du的de應ying用yong中zhong，更geng高gao的de精jing度du意yi味wei著zhe通tong道dao間jian差cha異yi更geng小xiao，校xiao準zhun頻pin率lv更geng低di，進jin而er降jiang低di成cheng本ben並bing提ti高gao產chan品pin測ce試shi良liang率lv。

這款開關可以處理高得多的開關電流，每通道的電流高達850 mA。zaichulidadianliuqiehuanchangjingshi，zhexiangnengliyouqizhongyao。chucizhiwai，guanlikaiguanzhongyingonglvsunhaoerchanshengdereliangyefeichangzhongyao，tebieshizaigaotongdaomiduyingyongzhong
，reguanlikenengshiyigenanti。duici，dikaiguandaotongdianzudezuoyongzaicituxian，yireliangxingshisunshidegonglv(I2 × R)因為低導通電阻而大大降低。此特性可確保係統內部的溫度穩定性
，並有助於防止過熱問題。

菊花鏈模式

ADGS2414D支持多個器件通過菊花鏈配置進行連接，如圖5所示。在這種設置中，所有器件共用相同的CS、SCLK和VL線。一個器件的SDO連接到下一個器件的SDI，形成一個移位寄存器。利用單個16位SPI幀指令菊花鏈中的所有器件進入菊花鏈模式。在此模式下，SDO是SDI的8周期延遲版本，故期望的開關配置可以從菊花鏈中的一個器件傳遞到另一個器件。

圖5.采用菊花鏈配置的兩個ADGS2414D器件

錯誤檢測功能

SPI上的協議錯誤和通信錯誤均可被檢測出來。有三種錯誤檢測功能：SCLK計數錯誤檢測、無效讀取/寫入地址錯誤檢測和CRC錯cuo誤wu檢jian測ce。每mei種zhong錯cuo誤wu檢jian測ce功gong能neng都dou可ke以yi利li用yong錯cuo誤wu配pei置zhi寄ji存cun器qi中zhong的de相xiang應ying使shi能neng位wei來lai使shi能neng或huo禁jin用yong。此ci外wai，在zai錯cuo誤wu標biao誌zhi寄ji存cun器qi中zhong
，每mei種zhong錯cuo誤wu檢jian測ce功gong能neng都dou有you一yi個ge對dui應ying的de錯cuo誤wu標biao誌zhi位wei。

結論

ADGS2414D為PCB設計和電子測量技術帶來了突破性的解決方案，具有創新的無源元件共封裝、直通引腳特性、SPI接口和低導通電阻，有助於大幅縮小電路板麵積、提高通道密度並提升測量精度。由於采用多芯片封裝
，ADIgongsidangqiankaiguanchanpindechusekaiguanxingnengdeyichuanchengdaoxinchanpin。zhekuanqijiandetuichubiaozhizhechuangxindejingmikaiguanjiejuefangandeyiwenshi，nenggouxianzhutigaokaiguantongdaomidu。

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