功率电感生产厂家
联系我们
热门搜索
点击排行
推荐阅读
猜猜你喜欢的
研发资讯 您所在的位置: 首页 > 研发资讯

微控制器/模拟应用中电源、接地和噪声的管理

来源:    作者:    发布时间:2016-06-22 16:56:27    浏览量:

微控制器/模拟应用中电源、接地和噪声的管理

  除了微控制器,微控制器应用经常包括低电平传感器信号和适当的电源驱动电路,需要小心设计电源和接地。本文将讨论噪声源和噪声的传播路径。我们将涉及良好布局习惯背后的理论及其对噪声的影响。我们也将讨论隔离和限制噪声元件的适当的选择和布局方法。

  图1是本文中讨论时使用的系统方框图。这个系统的功能是采集重量并在LED阵列和笔记本电脑上显示结果。在需要时,可利用风扇控制器对电路板降温。

系统方框图

  这个设计实例包括了模拟和数字两部分。这种设计的难点之一是如何将这两个部分隔离开来。先看一下该设计的模拟部分,模拟输入信号进入电路实现称重。图1的模拟接口电路包括称重、增益电路、膺频滤波器和12位模数转换器(ADC)。称重利用的是一个惠斯顿电桥,如图2所示。

惠斯顿电桥

  系统(包括噪声源)的电路模型。模拟接口电路采用一个称重传感器测量重量。然后,该接口将测量结果传送到微控制器。微控制器把传感器的结果发送到LED显示器和笔记本电脑。整个电路还包括风扇电机驱动器电路大功率电感贴片电感器。

  这是图1所示的方框图中模拟部分。放大器和参考电压连接到ADC,ADC再连接到微控制器。为了建立一个二阶低通滤波器(A3)需要两个电阻器、两个电容器和MCP6022运算放大器。另一个放大器组成了一个仪器放大器,其中使用了旁路电容器。

  在数字部分,微控制器产生称重值的数字表示。微控制器的作用之一是在LED阵列上显示测量结果。微控制器还利用RS-232连接端口把数据传送到台式电脑。台式电脑从微控制器得到模拟测量数据,并以柱状图形式显示这个数据。最后,数字部分还包括风扇的PWM驱动器功率电感输出。

  这个设计包括敏感的模拟电路、大功率LED显示器以及与笔记本电脑相连的一个潜在的噪声数字接口。其中的难点在于设计一个可以使这些冲突单元共存的电路和布局。我们将从设计这个电路的模拟部分开始,然后继续讨论与布局有关的问题。

  模拟电路设计

  这个电路的模拟部分有一个称重传感器、构成一个仪器放大器的双运放(MCP6022)、一个12位100 kHz SAR ADC(MCP3201)和一个参考电压。ADC的SPI端口直接连接到一个微控制器(见图2)。

  称重传感器的满幅输出范围为±10mV。仪器放大器的增益(A1和A2)为模压电感器153V/V。这个增益可使仪器放大器电路的满幅输出摆动与ADC的满幅输入范围相匹配。SAR ADC有一个内部输入采样机制。有了这种功能,每次的转换就可以采用单次取样。微控制器从转换器采集数据,并把数据转换成可用于LED显示器或PC接口等任工字电感器务的格式。

  如果这个系统所实现的电路和布局设计有缺陷(没有接地层、没有旁路电容器和膺频滤波器),肯定会出现噪声问题。有缺陷的实现方案会导致ADC数字输出的不确定性令人难以容忍。假定发生了这种状况,很明显是信号链中最后的器件出现了噪声问题。但是,事实上,带有噪声的转换结果的根源是PCB布局的问题。

  在最坏的情况下,在没有采取抑制噪声的预防措施时,图2所示的12位系统对DC输入信号的输出代码分布很散。图3显示了从转换器输出的数据。

转换器输出的数据

图3 转换器输出的数据。

  模拟布局的原测

  接地和电源:接地层布局的实现是设计低噪声解决方案的关键。利用模拟和/或混合信号器件而忽略接地层是一种危险的做法。接地层可以解决偏移误差、增益误差和电路噪声等问题。由于模拟信号通常是以地为基准的,当缺少了接地层时,误差将更为严重。

  在制定电路耦合电感板的接地策略时,首先应该确定电路是需要一个接地层还是多个接地层。如果电路包含的板上数字电路非常少,单个接地层和三倍宽的电源走线就可以了。把数字和模拟接地层连接在一起的危险是,模拟电路会受到数字电路返回电流的噪声影响。不论哪一种情况,都应该在电路板上的一点或多点把模拟地、数字地和电源连接在一起。在一个12位系统中必须有一个接地层。

  • 超越智能的触摸传感解决方案电容式的感应产品正在以非常快的速度进入触摸感应的整体技术市场。据预测显示,2011年的单年触摸感应半导体需求将达到30亿美元。到2011年仅手机应用中的触摸感应份额将增长到4亿件。这是一个非常可观的数

  • MIPS目标平台CLDC的Java虚拟机移植1 Java虚拟机简介 Java ME(Java platform Micro Edition),以前称J2ME,是为机顶盒、移动电话和PDA等嵌入式消费电子设备提供的Java语言平台,它包括虚拟机和

  • PIC单片机:读-修改-写问题及解决方案何谓读-修改-写,导致的问题及其解决之道:只要PICmicro的命令,所处理的FILE (暂存器,内存,和I/O的统称),其最终的值,和命令处理前的值有关,那么,这种命令便是所谓的读-修改-写命令。因

  •