Szczegóły dotyczące układu PCB dla mikrokontrolera

Aktualizacja : pytanie uzupełniające pokazuje moje podejście do wynikowego układu PCB.

Układam swoją pierwszą płytkę za pomocą interfejsu użytkownika (mam spore doświadczenie w używaniu i programowaniu systemów wbudowanych, ale to pierwszy raz, kiedy robię układ płytki drukowanej), STM32F103, będzie to płytka z mieszanym sygnałem, wykorzystująca zarówno wewnętrzne DAC-y STM, jak i niektóre zewnętrzne DAC-y przez SPI, i jestem trochę zdezorientowana co do uziemienia.

Odpowiedzi na te pytania:

wyraźnie stwierdzam, że powinienem mieć lokalną płaszczyznę uziemienia dla uC, połączoną z globalną ziemią dokładnie w jednym punkcie, oraz lokalną sieć energetyczną, połączoną z globalną mocą w pobliżu tego samego punktu. Więc to właśnie robię. Mój 4-warstwowy stos to:

lokalna płaszczyzna GND + sygnały, uC, to czapki odsprzęgające 100nF i kryształ
globalny GND, nieprzerwany, z wyjątkiem przelotek. Według źródeł takich jak Henry Ott płaszczyzna uziemienia jest nieoświetlona, a sekcje cyfrowa i analogowa są fizycznie oddzielone.
moc, płaszczyzna 3,3 V pod IC, grube ślady dla zewnętrznych przetworników DAC 3,3 V, grubsze ślady dla dystrybucji woltów w sekcji analogowej. $\pm15$
sygnał + pułapki odsprzęgające 1uF

W dalszej części płyty analogowe komponenty i sygnały znajdują się na górnej i dolnej warstwie.

Więc pytania:

czy powinienem przełamać globalną płaszczyznę pod UC, czy też dobrze jest mieć pełną płaszczyznę naziemną pod lokalną?
$\pm15$
Używam zarówno przetwornika ADC, jak i przetwornika cyfrowo-analogowego przetwornika częstotliwości i generuję napięcie odniesienia w sekcji analogowej płytki, którą doprowadzam do wtyku Vref + przetwornika częstotliwości za pomocą ścieżki na płaszczyźnie mocy. Gdzie powinienem podłączyć Vref-pin: lokalną masę, globalną masę lub utworzyć osobną ścieżkę na płaszczyźnie mocy łączącą ją z masą globalną w sekcji analogowej, gdzie masa powinna być cicha? Może blisko miejsca, w którym generowane jest napięcie odniesienia? Zauważ, że na STM32 Vref- różni się od analogowego styku VSSA z uziemieniem (który, jak przypuszczam, idzie do lokalnej płaszczyzny GND?).

Wszelkie inne uwagi dotyczące projektu są oczywiście mile widziane!

microcontroller pcb audio pcb-design mixed-signal Timo
źródło

Wiele pytań, w wyniku których uzyskano wiele dobrych odpowiedzi z dobrymi komentarzami. Jednak wielu dobrych praktyk można się nauczyć, studiując to, co zrobili inni. Weź wiele dobrej jakości (podobnych 4-warstwowych) PCB z mieszanym sygnałem i użyj narzędzia pneumatycznego do rozlutowywania dużych elementów. Sprawdź, jak zarządzane są przelotki mocy. Chcesz nauczyć się najlepszych praktyk od profesjonalnych projektantów, ponieważ niektóre rzeczy nigdy nie trafiają do książek, są to tylko podstawowe zasady, przekazywane przez tradycję ustną i (przez ramię) bliskość. Nie zwracaj tyle uwagi na tanie projekty konsumenckie.

KalleMP

Odpowiedzi:

Mikro nie potrzebuje lokalnej płaszczyzny uziemienia . Lokalna ziemia może być gwiazdą z centralnym punktem pod mikro, czyli tam, gdzie ta gwiazda jest na przykład podłączona z powrotem do głównej ziemi.

Jeśli masz co najmniej 4 warstwy, sensowne może być poświęcenie jednej z warstw w bezpośrednim sąsiedztwie mikro lokalnemu gruntowi. Jeśli utrudnia to routing lub jest to plansza dwuwarstwowa, po prostu użyj konfiguracji gwiazdy. Głównym celem jest utrzymanie prądu wysokiej częstotliwości pobieranego przez mikro poza główną płaszczyzną uziemienia. Jeśli tego nie zrobisz, zamiast płaskiej płaszczyzny uziemienia masz antenę centralną.

Pętla od mikroprzełącznika zasilania, do obejścia zaślepki, do mikroprocesora uziemienia nie powinna przekraczać głównej płaszczyzny uziemienia. Tutaj będą płynąć prądy mocy o wysokiej częstotliwości. Podłącz bolec uziemiający do głównego uziemienia w jednym miejscu, ale nie podłączaj oddzielnie strony uziemienia zaślepki obejścia do głównego uziemienia. Strona uziemienia nasadki obejścia powinna mieć własne połączenie z powrotem z bolcem uziemienia mikroprocesora.

Sygnały cyfrowe przechodzące między mikro a innymi częściami płytki nadal będą miały małą powierzchnię pętli, ponieważ mikro będzie podłączone do głównego uziemienia w pobliżu jego bolca uziemienia.

Olin Lathrop
źródło

Olin, gdybyś mógł zamieścić odniesienia do teorii „anteny krosowej”, byłoby to mile widziane.

Armandas,

@ Timo: Vref-pin pobiera bardzo mało prądu i jest używany jako odniesienie 0 dla A / D. Powinno to być podłączone bezpośrednio do głównej płaszczyzny uziemienia za pomocą własnego prywatnego.

Olin Lathrop,

@Arm: Nie twierdzę, że samolot naziemny nie powinien być solidny. Liczy się sposób, w jaki uziemienie procesora jest z nim połączone. Przyjrzyj się uważnie, a zobaczysz lokalną sieć naziemną z jednym połączeniem z główną ziemią. Ponadto wiele razy możesz uciec od mniej niż najlepszych praktyk. Projekty open source nie muszą martwić się kosztami awarii w terenie ani o 1 na 10000 przypadków, w których nie działa całkiem dobrze, a nawet często o limity emisji (nie jest to legalne, ale znacznie mniej prawdopodobne FCC to zauważy).

Olin Lathrop

Problem z pinem Vref + polega na tym, że chcesz odciąć się od hałasu. Nie martwisz się, że zanieczyści on resztę systemu. Jeśli go używasz, prawdopodobnie i tak pochodzi on z osobnego regulatora. Możesz podłączyć drugą stronę kołpaka obejściowego do głównego uziemienia lub podłączyć go do analogowego styku uziemiającego, jeśli ten układ ma taki układ, a następnie podłączyć tę sieć do głównego uziemienia w pobliżu analogowego styku uziemiającego.

Olin Lathrop,

@Bip: Znowu lokalny teren niekoniecznie jest samolotem.

Olin Lathrop,

Nie, nie powinieneś. Pozbądź się tak zwanej „lokalnej ziemi”. Jak myślisz, co dzieje się ze wszystkimi sygnałami cyfrowymi, kiedy wdrażasz ten lokalny grunt? Odpowiedź powinna znaleźć odpowiedź w artykule Henry Ott, który połączyłeś, ryc. 1.

Jasne, masz połączenie między lokalną ziemią a płaszczyzną uziemienia, ale wszystko, co robisz, to zwiększać obszar pętli, zasadniczo zmieniając swoje transy w małe anteny.
Brzmi nieźle.
Instrukcja mówi, że odniesienie V _rEF- musi być podłączony do V _SSA , które z kolei muszą być podłączone do V _SS . Sugeruję, aby po prostu podłączyć V _REF- bezpośrednio do uziemienia i starać się unikać prądów cyfrowych za pomocą sprytnego rozmieszczenia.

Jeśli chodzi o sugestie, jeśli czapki 1uF są jedynymi elementami, które planujesz umieścić na dole, zalecamy umieszczenie ich na górze. Jeśli masz komponenty po obu stronach, producent musi dwukrotnie przepchnąć płytę przez piekarnik lub ręcznie lutować komponenty. Oba zwiększą koszty produkcji.

Armandas
źródło

Możesz zamieścić link do artykułu Ott, do którego się odwołujesz.

akohlsmith,

@ akohlsmith Miałem na myśli ten sam artykuł co OP, ale teraz dodałem link.

Armandas,

W dolnej części sekcji analogowej znajduje się całkiem sporo elementów, więc nie chodzi tylko o duże nakładki odsprzęgające.

Timo,

Przepraszam, naprawdę chciałbym zaakceptować połowę twojej odpowiedzi i połowę Olina, gdyby to było możliwe, ale zdecydowałem się pójść z Olinem, ponieważ skończyłem z lokalnym samolotem naziemnym (jak widać w drugim pytaniu)

Timo

Ta odpowiedź może być przydatna.

Jest kilka razy, gdy używam naprawdę oddzielnych samolotów (takie aplikacje nadal istnieją), ale nie dla obwodu takiego jak twój.

Staranne rozmieszczenie elementów i odrobina przemyśleń na zasilaniu / podłożu powinny pomóc w osiągnięciu dobrego układu.

Peter Smith
źródło