ミックスドシグナルシステムにおけるPCBマイクロコントローラーのレイアウト


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これはこの質問の直接の続きです。これが私のレイアウトです。マイクロコントローラー側についてどう思いますか?

2019年4月更新:2016年春/夏にボードを構築しましたが、ここで結果を更新することはできませんでした。ボードは正常に動作し、デジタルノイズのアナログ信号への唯一の観測可能なリークは、レイアウト/接地ではなく、アナログ/デジタルインターフェイスの特定の不適切な回路設計の選択によるものでした(そして、後のリビジョンで修正することで、その小さなノイズも除去されました)。 。ここで私は商業用ボードを持っていて、CPUセクションのデザインは主にここに示すレイアウトに基づいており、EU EMCテストに合格しているので、このレイアウトは少なくとも十分に機能します。

実際の古い質問は次のとおりです。


編集:アルマンダスの答えに基づいて、私は今マイクロコントローラーのレイアウトが十分に良いという印象を受けています。デジタルノイズがアナログ側に漏れないようにするという点で、これがどれほど優れているかについて、誰かがもっと言いたいことがあれば、私はまだ非常に興味があります。もちろん、マイクロコントローラー側についてさらにコメントがあれば歓迎します。

スタックアップは

  • TOP:シグナル
  • GND:ソリッドグラウンドプレーン、どこにもカットやトラックがない
  • PWR:電源
  • BOT:シグナル

TOP(赤)およびPWR(紫)レイヤー、上部シルクスクリーン

TOP(赤)およびPWR(紫)レイヤー、上部シルクスクリーン付き[ 下の更新を参照 ]

BOT(緑)、配向用トップシルクスクリーン

BOT(緑)、上記との比較のための上部シルクスクリーン付き

デジタル/アナログの分割(論理的には、グランドプレーンはソリッドです)はここで左/右です。電力(+3.3デジタル、DACおよびMUX、アナログ)は左下隅に入り、3つのキャップには47ufのリザーバーキャップがあります。フェライトビーズ(FB101)は、+ 3.3VトラックとDACおよびMUXをuC電源から分離します。uCは左上隅にあり、TOPの下のプレーンはローカルアースで、C720の近くのビアでGNDに接続されています。±15

uCはSTM32F103VFであり、72MHzで実行します。水晶は8MHzです。uCの右側には、「Control 1」とマークされたセクションがあり、2つのDACと1つのマルチプレクサが含まれ、uCの内部DAC1の出力を多重化します。右下には、「Control 2」の近くにもう1つのマルチプレクサがあり、uCのDAC2を多重化しています。uCのDACからの信号をマルチプレクサーに行く前にそれらをバッファーするオペアンプ(UREF1)に送るトラックは、ビアからC712の右上に行く2つのトラックです。DACは、uCの右上隅から離れるSPIバスに接続されています。

DACとマルチプレクサーは、直接オーディオではなく、右側のアナログサウンドジェネレーター(ほとんど表示されていません)の制御信号を生成します。しかし、私はそれらの重要なデジタルクロストークが生成されたオーディオでも聞こえると予想しますが、これは悪いことです。私は kHzの制御レートを目指しています。つまり、8ウェイマルチプレクサーが kHzのレートで新しいサンプル値を取得します。18

uCを去る他のトラックは次のとおりです:

  • MUX1の場合はuCの上から、MUX2の場合は右側から、MUXのアドレスを選択して有効にします。
  • PWM信号は、抵抗アレイRR901に送られます。これは私が試していることであり、本質的にPWM波形を特定の方法で組み合わせることによって波形を生成します。これが機能しない場合、またはこのパスを介したノイズリークが多すぎる場合は問題ありません。次のリビジョンでは省略します。RR901を省略した場合、このパスからのノイズリークは基本的にないと思いますか?
  • 最終オーディオ出力(図示せず)からuCの右下側のピン26に送られるADC信号。これは、有効な10ビット程度の精度が得られる限り、アナログ側の特定の機能を調整するために使用されます(12ビットADCです)。
  • パワープレーンでは、DAC / ADCリファレンスはUREF1から取得されます(実際には特定のリファレンス電圧は必要ありませんが、DACの最大出力と正確に比較する必要があります)。
  • GPIOは、デジタルセクションとアナログセクションの間の一部の抵抗(R713とR710など)に接続し、アナログセクションのさまざまなもののオンとオフを切り替えます。RにはCが付いており、uCからのデジタルノイズを除去しようとします。この質問を参照してください。
  • 最後に、RCネットワークR715、R716、C709は、GPIOのステップ入力として使用されるGPIOの出力をフィルタリングおよび減衰し、VCFをキャリブレーションします。

私が知りたいいくつかの特定のポイント:

  1. クリスタルは十分に近く、適切に配線されていますか?uCアナログセクションのデカップリングキャップをクリスタルとuCの間に配置しなければなりませんでした。
  2. C715はVDDAのデカップリングキャップです。Vref +、Vref-のデカップリングキャップC717をしっかりと接続するために、C717を蛇行するかなり長いトラックでVDDをC715にルーティングする必要があったことに注意してください。これは悪いですか?
  3. VREF +とVDDAのデカップリングキャップのグランド側と同様に、VREF-とVSSAは直接グローバルグランドに接続されます。これは前の質問でOlinが言ったことと一致するので、今は大丈夫だと思いますか
  4. これは、DACからの出力が適度にクリーンになる可能性があるように見えますか?約12ビットの効果的なS / N比を期待しています。uC DACは12ビットで、プロトタイプ用の外部は16ビットです(ピン配置互換の12ビットバージョンがあるため、いつでも後で切り替えることができます)。

私はプロのEEではないので、他のコメントや提案も大歓迎です。ここでも愚かな間違いをしている可能性があります:)

更新:

こちらの提案に従って、最新バージョンを収集します。

アルマンダスの提案による最上層の変更:

  • C715とC717のスワップ順序
  • 上部電源プレーンのクリアランスを6ミルから9ミルに増やします(これより大きくすると、プレーンはピンを流れず、たとえばC712アースが切断されたままになります)。

TOPを更新しました

トップv2


「ミックスドシグナル」「デジタル/アナログ分割(理論的には、グランドプレーンは固体です)」ええと。通常、2つの接地は1点でのみ接続する必要があります。クリスタルガードリングと同じです。
Ignacio Vazquez-Abrams 2016年

多分それは私の悪い目だけかもしれませんが、クリスタルへのロードキャップは接続されていないようです
Dejvid_no1

@ Dejvid_no1それらのグランド側はローカルグランドプレーンに接続されています。
Timo

@ IgnacioVazquez-Abramsそれに関する最新の経験則は、適切なレイアウトでは平面を分割しない方がよいというようです。たとえば、これを参照してください。私がここで尋ねている質問はもちろん、私のレイアウトがその意味で適切であるかどうかです。
Timo

ボトムシグナルの連続したリファレンスプレーンがありません。これにより、Eフィールドのフリンジが通常よりはるかに遠くなり、アナログなどの他の信号に影響を与える可能性があります。
efox29

回答:


2
  1. はい。トレースは非常に短いです。
  2. 何らかの理由で、V SSAピンの近くにキャップを配置し、V DDAまでトラックを走らせることにしました。キャップをV DDAの近くに配置し、短いトレースでピンに接続することをお勧めします。キャップの接地パッドは、ビアを介してプレーンに接続する必要があります。V SSAはビアを介してグランドに接続する必要があります。GNDビアへのトレースはできるだけ短くしてください。
  3. 上記以外は問題ありません。C717ルーティングは良好です。

追加コメント:

  • 最上層のポリゴンクリアランスは非常に小さく見えます。もう一度確認してください。
  • 100nFと10uFのキャップは同じサイズです。大きなキャップはタンタルですか?

オン2 .:私の論理では、常にピンのペア、電源ピンとグラウンドピンをバイパスし、ここではペアはVDDAとVSSA、およびVREF +とVREF-になります。それはもちろん、単にここでそのロジックをドロップし、バイパスキャップをさせるとVSSAがGNDに別々のビアを持っていることは事実だが、何を言うことは完璧な理にかなっている
ティモ

両方のキャップは0603セラミックです(私はボードを手ではんだ付けするので、0402は使用しないことにしました)。
Timo

@Timo電源ピンペアのロジックは良好です。別の見方をすると、ビア/キャップパッドとデバイス間のループをできるだけ小さくしたいというものです。ただし、電源パッドとグランドパッドが分離しているこのような状況では、常に電源ピンの近くにキャップを付けます。
アルマンダ2016年

1
キャップに関する私のコメントは、0603パッケージで10uFキャップを見つけるのに苦労するということです。あなたはタンタルで幸運かもしれませんが、陶器で逃げることができると思った場合に備えて、私はこれについて言及したいだけです。
アルマンダス2016年

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@Timo 16V X5Rキャップです。3.3Vで大丈夫かもしれません。5Vでは、静電容量の約10%が失われる可能性が高く、+ /-15Vに接続していないことを確認します。見ていこのプレゼンテーションを、それは良いの読み取りです。3ページの表に特別な注意を払う
Armandas
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