【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)jichengzaiyiqi。tongguojiangdianzuhedianrongzhijienarukaiguanfengzhuangzhong，shejirenyuankeyihuodedafujieshengkongjian。zhezhongshejijiagounenggoudafusuoxiaodianlubanmianji，zuiduojianshao80%，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SPIhedianyuanzouxianzhijiegaoxiaodichuanguokaiguanbuxian，congerwuxushiyongewaideguokonghuofuzadebuxianpeizhi。tongguozhezhongjianhuafangan，bujinshejifuzaxingdeyijiangdi
，erqiekaiguantongdaomidudedaodafutigao
，shidechuangjiangengjincou、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wei1 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
，ADI公gong司si當dang前qian開kai關guan產chan品pin的de出chu色se開kai關guan性xing能neng得de以yi傳chuan承cheng到dao新xin產chan品pin。這zhe款kuan器qi件jian的de推tui出chu標biao誌zhi著zhe創chuang新xin的de精jing密mi開kai關guan解jie決jue方fang案an得de以yi問wen世shi，能neng夠gou顯xian著zhu提ti高gao開kai關guan通tong道dao密mi度du。

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