微控制器/模擬應用中電源、接地和噪聲的管理

　　除了微控制器，微控制器應用經(jīng)常包括低電平傳感器信號和適當的電源驅動(dòng)電路，需要小心設計電源和接地。本文將討論噪聲源和噪聲的傳播路徑。我們將涉及良好布局習慣背后的理論及其對噪聲的影響。我們也將討論隔離和限制噪聲元件的適當的選擇和布局方法。

　　圖1是本文中討論時(shí)使用的系統方框圖。這個(gè)系統的功能是采集重量并在LED陣列和筆記本電腦上顯示結果。在需要時(shí)，可利用風(fēng)扇控制器對電路板降溫。

　　這個(gè)設計實(shí)例包括了模擬和數字兩部分。這種設計的難點(diǎn)之一是如何將這兩個(gè)部分隔離開(kāi)來(lái)。先看一下該設計的模擬部分，模擬輸入信號進(jìn)入電路實(shí)現稱(chēng)重。圖1的模擬接口電路包括稱(chēng)重、增益電路、膺頻濾波器和12位模數轉換器(ADC)。稱(chēng)重利用的是一個(gè)惠斯頓電橋，如圖2所示。

　　系統(包括噪聲源)的電路模型。模擬接口電路采用一個(gè)稱(chēng)重傳感器測量重量。然后，該接口將測量結果傳送到微控制器。微控制器把傳感器的結果發(fā)送到LED顯示器和筆記本電腦。整個(gè)電路還包括風(fēng)扇電機驅動(dòng)器電路。

　　這是圖1所示的方框圖中模擬部分。放大器和參考電壓連接到ADC，ADC再連接到微控制器。為了建立一個(gè)二階低通濾波器(A3)需要兩個(gè)電阻器、兩個(gè)電容器和MCP6022運算放大器。另一個(gè)放大器組成了一個(gè)儀器放大器，其中使用了旁路電容器。

　　在數字部分，微控制器產(chǎn)生稱(chēng)重值的數字表示。微控制器的作用之一是在LED陣列上顯示測量結果。微控制器還利用RS-232連接端口把數據傳送到臺式電腦。臺式電腦從微控制器得到模擬測量數據，并以柱狀圖形式顯示這個(gè)數據。最后，數字部分還包括風(fēng)扇的PWM驅動(dòng)器輸出。

　　這個(gè)設計包括敏感的模擬電路、大功率LED顯示器以及與筆記本電腦相連的一個(gè)潛在的噪聲數字接口。其中的難點(diǎn)在于設計一個(gè)可以使這些沖突單元共存的電路和布局。我們將從設計這個(gè)電路的模擬部分開(kāi)始，然后繼續討論與布局有關(guān)的問(wèn)題。

　　模擬電路設計

　　這個(gè)電路的模擬部分有一個(gè)稱(chēng)重傳感器、構成一個(gè)儀器放大器的雙運放(MCP6022)、一個(gè)12位100 kHz SAR ADC(MCP3201)和一個(gè)參考電壓。ADC的SPI端口直接連接到一個(gè)微控制器(見(jiàn)圖2)。

　　稱(chēng)重傳感器的滿(mǎn)幅輸出范圍為