微控制器/模擬應用中電源、接地和噪聲的解決方案

該設計在電機驅動(dòng)方面使用了旁路電容器和回掃二極管。使旁路電容器靠近IC電源，而且接地走線(xiàn)很短。這樣做并沒(méi)有改變模擬電路的布局。圖5顯示了數字/模擬布局第一步的柱狀圖結果。

圖5 噪聲的碼寬=35（總采樣數=1024）

這塊新的電路板的ADC輸出結果比第一次在模擬部分嘗試的還要糟。我們將通過(guò)重新制定電源和接地策略恢復原來(lái)模擬電路的表現。第一個(gè)矯正措施是把電源線(xiàn)路的數字部分與模擬部分分開(kāi)。圖6a顯示了將模擬和數字結合在一起的第一種嘗試。圖6b反映的是第二種更為成功的方法。

圖6 電源和接地的第一種和第二種策略。注意，第二種要盡可能地將噪聲與敏感電路分開(kāi)。

第一種模擬/數字布局是通過(guò)模擬部分連接數字部分的5V和接地端。在這種配置下，LED的大電流、電機的切換和數字控制器的噪聲覆蓋在敏感的模擬電源和接地路徑之上（見(jiàn)圖6a）。PCB走線(xiàn)上的噪聲路徑就是與走線(xiàn)阻抗和電感相互作用的電源和接地電流。這引起電路模擬部分的電源和接地的AC偏移。迅速解決這個(gè)問(wèn)題的方案是把電源和接地走線(xiàn)重新布局，以便模擬和數字走線(xiàn)各自獨立，再一起連到一個(gè)中心位置。在這個(gè)中心位置上，把它們連接起來(lái)（見(jiàn)圖6b）。這種策略利用了走線(xiàn)阻抗、電感和旁路電容器，在電源和接地走線(xiàn)上建立了RC和LC低通濾波器。這樣進(jìn)一步把設計中的敏感部分與噪聲隔開(kāi)。

需要考慮的主要輻射噪聲是LED走線(xiàn)（它攜帶大電流）、RS-232接口中的電荷泵（它能夠吸收一定的電流），以及來(lái)自微控制器的I/O（具有快速上升時(shí)間）。LED和RS-232的驅動(dòng)器走線(xiàn)會(huì )把噪聲電感耦合到緊貼電路板的鄰近走線(xiàn)上。這種耦合作用的表現即為電壓噪聲。來(lái)自微控制器的快速上升時(shí)間信號電容耦合到高阻抗且敏感的走線(xiàn)上。如果走線(xiàn)過(guò)于緊密，這種耦合作用就會(huì )表現為電流噪聲。

如果在電路布局中考慮了這些因素，從噪聲數字部分到敏感的模擬部分的噪聲耦合就會(huì )減少。這個(gè)新布局的模擬電路保持不變，大多數數字電路的布局也同樣如此。區別在于現在LED走線(xiàn)是繞過(guò)模擬電路而非穿過(guò)。RS-232接口的電源和接地也與電路板上敏感的模擬和數字功能分隔開(kāi)。圖6b的電源和接地策略可用于指導布局。

結語(yǔ)

抑制模擬噪聲的第一步是選擇低噪聲模擬元件?？梢杂脼V波器消除信號和電源中的噪聲。還應該適當使用膺頻濾波器。在電源母線(xiàn)中，必要時(shí)可使用旁路電容器和電感線(xiàn)圈。同時(shí)，要利用接地層。

當添加數字電路時(shí)，要為整個(gè)電路制定一個(gè)接地和電源策略。需要結合穿過(guò)各個(gè)路徑的電流密度來(lái)考慮走線(xiàn)的阻抗和電感。合成布局的目標是最大限度地減少路徑噪聲，例如走線(xiàn)之間耦合的電容和電感，同時(shí)利用走線(xiàn)的電感和阻抗與旁路電容器一道，減少并隔離噪聲