微控制器/模擬應(yīng)用中電源、接地和噪聲的解決方案

該設(shè)計(jì)在電機(jī)驅(qū)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，而且接地走線很短。這樣做并沒(méi)有改變模擬電路的布局。圖5顯示了數(shù)字/模擬布局第一步的柱狀圖結(jié)果。

圖5 噪聲的碼寬=35（總采樣數(shù)=1024）

這塊新的電路板的ADC輸出結(jié)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(fù)原來(lái)模擬電路的表現(xiàn)。第一個(gè)矯正措施是把電源線路的數(shù)字部分與模擬部分分開(kāi)。圖6a顯示了將模擬和數(shù)字結(jié)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(shù)字布局是通過(guò)模擬部分連接數(shù)字部分的5V和接地端。在這種配置下，LED的大電流、電機(jī)的切換和數(shù)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走線上的噪聲路徑就是與走線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重新布局，以便模擬和數(shù)字走線各自獨(dú)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阻抗、電感和旁路電容器，在電源和接地走線上建立了RC和LC低通濾波器。這樣進(jìn)一步把設(shè)計(jì)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（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(qū)動(dòng)器走線會(huì)把噪聲電感耦合到緊貼電路板的鄰近走線上。這種耦合作用的表現(xiàn)即為電壓噪聲。來(lái)自微控制器的快速上升時(shí)間信號(hào)電容耦合到高阻抗且敏感的走線上。如果走線過(guò)于緊密，這種耦合作用就會(huì)表現(xiàn)為電流噪聲。

如果在電路布局中考慮了這些因素，從噪聲數(shù)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(shù)數(shù)字電路的布局也同樣如此。區(qū)別在于現(xiàn)在LED走線是繞過(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(shù)字功能分隔開(kāi)。圖6b的電源和接地策略可用于指導(dǎo)布局。

結(jié)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(hào)和電源中的噪聲。還應(yīng)該適當(dāng)使用膺頻濾波器。在電源母線中，必要時(shí)可使用旁路電容器和電感線圈。同時(shí)，要利用接地層。

當(dāng)添加數(shù)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(jié)合穿過(guò)各個(gè)路徑的電流密度來(lái)考慮走線的阻抗和電感。合成布局的目標(biāo)是最大限度地減少路徑噪聲，例如走線之間耦合的電容和電感，同時(shí)利用走線的電感和阻抗與旁路電容器一道，減少并隔離噪聲