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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
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付き[ 下の更新を参照 ] 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±15\pm15 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。111888 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: 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。 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? 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 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)。 トップv2

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マイクロコントローラーのPCBレイアウトの詳細
更新:フォローアップの質問は、結果のPCBレイアウトに対する私の見解を示しています。 私は最初のボードをuCでレイアウトします(組み込みシステムの使用とプログラミングでかなりの経験がありますが、PCBレイアウトを行うのはこれが初めてです)、これはSTM32F103ですSTMの内部DACといくつかの外部DACの両方をSPI経由で使用するミックスドシグナルボードであり、接地について少し混乱しています。 これらの質問に対する回答: デカップリングキャップ、PCBレイアウト 競合するPCB Crystalレイアウトの推奨事項 PSoCの混合信号PCBレイアウト uCのローカルグランドプレーンを正確に1つのポイントでグローバルグランドに接続し、ローカルパワーネットを同じポイントの近くのグローバル電源に接続する必要があることを明確に述べています。これが私がやっていることです。私の4層スタックは次のとおりです。 ローカルGNDプレーン+信号、uC、100nFデカップリングキャップ、水晶 グローバルGND、ビアを除く切れ目のない。Henry Ottなどの情報源によれば、グランドプレーンは分割されておらず、デジタルセクションとアナログセクションは物理的に分離されています。 電源、ICの下の3.3Vプレーン、3.3V外部DACの太いトレース、アナログセクションでボルトを分配するための太いトレース。± 15±15\pm15 信号+ 1uFデカップリングキャップ ボード上のさらに離れたところに、アナログコンポーネントと信号が最上層と最下層にあります。 だから質問: uCの下でグローバルグラウンドを破壊する必要がありますか、それともローカルプレーンの下に完全なグランドプレーンがあるのは良いですか? 電源プレーン:uCの下のみに電源プレーンを配置し、ビアを使用してデカップリングキャップに電力を供給し、したがって最上層のuCに電力を供給するつもりです。外部DACはスター型である必要があります。そのため、個別のトラックがあり、ボードの残りはボルトです。これは大丈夫ですか?± 15±15\pm15 uCのADCとDACの両方を使用し、ボードのアナログセクションで基準電圧を生成します。基準電圧は、電源プレーン上のトラックでuCのVref +ピンに供給します。Vref-ピンはどこに接続する必要がありますか:ローカルグランド、グローバルグランド、またはそれをアナログセクションのグローバルグランドに接続する電源プレーン上に別のトラックを作成します。たぶん、基準電圧が生成される場所の近くですか?STM32では、Vref-はアナロググランドVSSAピンとは異なることに注意してください(ローカルGNDプレーンに接続すると思われますか?)。 ここでのデザインに関する他のコメントももちろん歓迎します!

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12ビットADCを使用する場合の設計の要点
私は現在、12ビットADC(MCP3208)をRaspberry Piに(他のいくつかの低速I / O関連のものに加えて)接続しているボードを設計しています。それは主にアナログセンサー(温度センサー、IR距離センサーなど)に接続されますが、必ずしも12ビットの解像度を必要とするわけではありませんが、追加の情報が必要な場合もあります。 私はアナログ回路の経験があまりなく、関連する基礎となる数学と物理学をよく理解していません。 私はADCに関するいくつかの設計ガイドを読んでいますが、アンチエイリアシングフィルター、高インピーダンス信号用のADCドライバー、アナロググランドプレーン、特定のパターンでトレースをレイアウトしてノイズを低減し、高速デジタルエレクトロニクスをできるだけ分離したままにすることについてよく読んでいますスイッチングノイズ、高精度電圧リファレンスなど、まだ十分に理解していないものをADCから削減できます。 それで私が疑問に思い始めたのは、12ビットADCを使用するのが理にかなっているかどうかです。回路設計が最適ではないために2つのLSBが失われる可能性があるため、正しく実装する専門知識がない場合は、 10ビットADCで行く。または、最適な回路設計は、12ビットの領域では、私が信じているほど重要ではありません。 ノイズを減らすために常に実装する必要があるものは何ですか(明らかなバイパスキャップがある場合)?私のような混合信号アプリケーション(ADCと通信するGHzプロセッサを持っている)のノイズの最大の原因は何ですか?高精度のアプリケーション(14-16ビット+)でのみ実際に必要なものは何ですか? 気をつけなければならない理にかなった本質的なことを本当に知りたいです。

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MOSFETドライバでロジックGND /パワーGNDを接続する適切な方法
IR21844 mosfetドライバーを使用してハーフブリッジを構築しようとしています。データシートと設計のヒント、およびこのフォーラムのいくつかのトピックを読みました。私がまだ手に入れることができないものの1つは、ロジックと電源の間の個別のGNDピンです。 「IR21844には、ロジック用と電源用の2つの異なるグラウンドがあります。仮説上、それらは5ボルト離してフロートすることが許可されており、ロジックと電源間の絶縁の類似性を提供します。」 私はまた、Vsアンダーシュートと呼ばれるdeisgn tip 97-3ページ2パラグラフ4を調べてこれを確認しました。 設計のヒント97-3 2ピンのVssとComを接続する必要があります(これは非絶縁ドライバーであるため)。 私の現在の提案は、ICの下のPCBでそれらを接続するのではなく、代わりにVssピンをマイクロコントローラーロジックGNDに接続し、Comピンを下位のMosfetソースに接続して、2つのGNDをバッテリーで接続することです。 私は必要なアイテムのみを表示するために最大に簡略化されたサンプル回路図を添付しています。あなたの洞察を提供し、私が間違っている場合は修正してください。 データシートに示されているが説明されていないように、ピン7(15v)とピン3(Vss)の間にコンデンサが必要かどうかについても疑問があります。 IR21844データシート 前もって感謝します
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