模數(shù)混合PCB設(shè)計技巧

1、MSP430數(shù)模混合應(yīng)用的 PCB設(shè)計技巧微控論壇原創(chuàng)主貼 作者:DC版主以下是我常用 MSP43C所整理個人心得，希望能給新手們做一些應(yīng)用參考。以下純屬個人意見，如網(wǎng)友發(fā)現(xiàn)有不當 之前還請給予指出和討論。關(guān)于MSP43C數(shù)?；旌蠎?yīng)用中的 PCB設(shè)計技巧將分3個小節(jié)：1 ADC12相關(guān)的幾個引腳功能與使用2 數(shù)模混合應(yīng)用中的 PCB布局和電源電路的拓撲結(jié)構(gòu)3 常見不良的PCB處理與誤區(qū)1ADC12相關(guān)的幾個引腳功能與使用VREF+/VeREF為ADC模塊的正極參考基準電壓源。分別為內(nèi)部參考電壓輸出、或外部正參考電壓輸入。VREF-/VeREF-為ADC模塊的負極參考基準電壓源。分別為內(nèi)部負參考

2、電壓、或外部負參考電壓輸入。以MSP430F5438為例芯片功能引腳分別為P5.0/VREF+/VeREF+和 P5.1/VREF-/VeREF-。一般情況芯片上電時默認為10功能。如果需要使用其相應(yīng)功能則需要對引腳進行配置。比如，設(shè)置相關(guān)的引腳為其應(yīng)用設(shè)置為VREF和VREF則執(zhí)行：ADC12CTL2 &=ADC12REF0UT;/ 設(shè)置 ADC12REF0U位為 0P5SEL |= BIT0;/ P50設(shè)置VREF+內(nèi)部參考電壓輸出功能P5SEL |= BIT1;/ P51設(shè)置VREF-內(nèi)部參考電壓輸出功能若使VeREF和VeREF則執(zhí)行：ADC12CTL2 |=ADC12REF0

3、UT;/ 設(shè)置 ADC12REF0U位為 1P5SEL |= BIT0;/ P50設(shè)置VeREF外部參考電壓輸入功能P5SEL |= BIT1;/ P51設(shè)置VeREF-內(nèi)部參考電壓輸入功能F1、2、4系列未有此對于上面的ADC12CTL2是 ADC12_A控制寄存器2，只有MSP430F5系列產(chǎn)品中才使用。之前的 寄存器，但有相同的功能引腳。由于F5的設(shè)置方式有小小特別所以本例特以此為例加以說明。對于ADC12部的外部連接部分，我們在MSP430的用戶手冊中都有提及到他們的接法。如下圖1是MSP430F1系列部分型號電源和參考電壓的連接圖，而圖2是MSP430F5438手冊中所提及的連接圖。

4、這兩圖片中的連接方法都基本上一樣，在電源和相關(guān)參考電壓都必須加上了退耦電容。分別10uF的電解電容和O.luF的無極性電容。*«ISlrffftmrWflR 樹*" FQf fr數(shù)字電路的退耦電容作用難體現(xiàn)到這些電容都能起到濾波作用，但接在模擬電源端和數(shù)字電源端上的電容功能上還是有細微的功能不同的。對于一般 數(shù)字電源而言數(shù)字電路在噪聲抗容性方面比較強，這些電容基本上是起存儲電荷的作用。以提供數(shù)字電路內(nèi)部數(shù)字單元在開關(guān)狀態(tài)下所提供電流能量，以保證數(shù)字單位有效地處于開或關(guān)狀態(tài)。如果沒有這些電容，且芯片離電源較 遠時由于數(shù)字電路內(nèi)部單位開關(guān)瞬態(tài)電流增大而得到足夠的電荷能量。此時有

5、可能數(shù)字電路處于開關(guān)不足而導(dǎo)致數(shù) 字狀態(tài)出錯。所以這些電容在數(shù)字電路里頭主要是起儲能作用的。就算供電電源端有電源噪聲的存在，電源的噪聲對于數(shù)字電路而言也較難影響到數(shù)字單位的狀態(tài)。當然這些電容也能起到對電源噪聲起退耦（旁路掉作用。模擬電路的退耦電容作用較易察覺對于模擬電路來說這些退耦電容起到更加重要。此時接在模擬電路端的電容更重要一點是起到濾波的作用了（此處講述并不是電源端的濾波電容作用，但同樣有儲能功效。對于實際中電源噪聲的存在和數(shù)字電路混合應(yīng)用中電源軌容受到數(shù)字電路的影響或其他大功率開關(guān)噪聲傳感。此時模擬端的電容起到濾除掉電源軌傳來的各類噪聲功效，這 樣有效提高數(shù)模轉(zhuǎn)換中的精度。2如何處理M

6、SP430數(shù)?；旌系腜CB布局和電源電路的拓撲結(jié)構(gòu)。如果你的MSP430設(shè)計中有用到ADC采樣轉(zhuǎn)換且數(shù)字電路方面也有相應(yīng)用數(shù)字控制，一般來說都認為這屬數(shù)?；旌?信號應(yīng)用電路。為了得到較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，在電源供電的拓撲設(shè)計和PCB設(shè)計都需要施用一些技巧。數(shù)字電源與模擬電路分開獨自濾波和供給，并且采用地回流路環(huán)一點接地的方式處理。一般建議的結(jié)構(gòu)如下圖所示。從圖片上可以看出數(shù)模電路分開提供電源給各自的電源端，在數(shù)字電路和模擬電路的電流回路電流環(huán)中各自互不相干。最終兩類電路在電源附近相匯流，從而形一點接地的拓撲結(jié)構(gòu)。這種做法的好處是無論在那個類型的電路中產(chǎn) 生開關(guān)噪聲都不影響到各類型（數(shù)字與模擬電

7、路的參考地電位。而這種電路布局和接地拓撲結(jié)構(gòu)還需要在PCB設(shè)計上的配合才能得實現(xiàn)。那么在PCB的“布局”和“鋪地”方面需要加以實施特殊處理。就我們常做的 MSP43C單片機以混合信號主板而言，一般是儀器儀表之類的設(shè)計應(yīng)用較多。在電源回路布局方案中我們通常將數(shù)字電路和模擬電路、電源電路分成三大類；在元件布局方面我們可歸類為兩類：模擬電路與電源和數(shù)字。主電源電路與數(shù)字為共布局同一個地平面上。而模擬電路則獨立布置一個模擬地平面上，模擬電路的匯流點以一點接入到最近電源電路附近。MSP430昆合信號主板中，模擬信號主要提供模擬前端的電壓信號輸出至ADC引腳端。常用的封裝比如 F1、2、4、5系列的64、80、100Pin封裝中，ADC模擬端的相關(guān)引腳與數(shù)字引腳的分配方向是 比較好的，給PCB布局提供非常方便做法。下圖是元件布局與鋪地的參考。U4K圖中左邊部分顯示了 PCB則面圖，在PCB設(shè)計時盡可能走線于處頂層相連，盡量減少過孔。在劃分鋪地的區(qū)域后， 元件將放置在頂層。低層盡可能用于留作地平面鋪設(shè)，這樣的做法好處是使模擬或數(shù)字電路上的信號有一個較完整 參考地平面。這樣可使得電信輸有較好的效果（理論參考相關(guān)書籍