微控制器 PCB 布局的详细信息

电器工程 微控制器 电路板 声音的 pcb设计 混合信号
2022-01-15 15:20:06

更新后续问题显示了我对生成的 PCB 布局的看法。

我正在用 uC 布置我的第一块电路板(我在使用和编程嵌入式系统方面有相当多的经验,但这是我第一次做 PCB 布局),一个 STM32F103,这将是一个混合信号板使用STM的内部DAC和通过SPI的一些外部DAC,我对接地有点困惑。

这些问题的答案:

明确说明我应该有一个用于 uC 的本地接地平面,恰好在一个点连接到全局接地,以及一个本地电源网络,连接到同一点附近的全局电源。所以这就是我正在做的。我的 4 层堆栈是:

  • 本地 GND 平面 + 信号,uC,它是 100nF 去耦电容,以及晶体
  • 全局 GND,除过孔外未断开。根据Henry Ott等消息来源,地平面是未分割的,数字和模拟部分在物理上是分开的。
  • 电源,IC 下方的 3.3V 平面,用于 3.3V 外部 DAC 的粗迹线,用于在模拟部分分配 \$\pm15\$ 伏的较粗迹线。
  • 信号 + 1uF 去耦电容

在电路板上更远的地方,模拟组件和信号位于顶层和底层。

所以问题:

  1. 我应该在 uC 下打破全局接地,还是在本地接地下拥有完整的接地平面?
  2. 电源平面:我打算只在 uC 下方有一个电源平面,并使用过孔将电源带到去耦帽,因此也就是顶层的 uC,因为我不能在其他地方使用太多。外部 DAC 应该是星形分布的,所以我为它们设置了单独的轨道,电路板的其余部分是 \$\pm15\$ 伏特。这听起来好吗?
  3. 我同时使用了 uC 的 ADC 和 DAC,并在电路板的模拟部分生成了一个参考电压,我将其带到 uC 的 Vref+ 引脚,并在电源平面上带有一个轨道。我应该在哪里连接 Vref- 引脚:局部接地、全局接地,或者在电源平面上制作一个单独的轨道,将其连接到模拟部分的全局接地,接地应该是安静的?也许靠近产生参考电压的地方?请注意,在 STM32 上,Vref- 不同于模拟接地 VSSA 引脚(我想它连接到本地 GND 平面?)。

当然也欢迎对这里的设计提出任何其他意见!

3个回答
  1. 不,你不应该。并摆脱所谓的“本地地面”。当您实施这个本地接地时,您认为所有数字信号会发生什么?您应该在您链接的 Henry Ott 的文章中找到答案,图 1。

    当然,您确实在本地接地和接地平面之间建立了连接,但您所做的只是增加环路面积,基本上将您的恍惚变成了小天线。

  2. 听起来不错。

  3. 参考手册说 V REF-必须连接到 V SSA,而 V SSA 又必须连接到 V SS我建议您只需将 V REF-直接连接到地,并尝试使用巧妙的布局来避免数字电流。

至于建议,如果 1uF 电容是您计划放在底部的唯一组件,我建议您将它们放在顶部。当您在两面都有组件时,制造商要么必须将电路板通过烤箱两次,要么手工焊接组件。两者都会增加制造成本。

您不一定需要微型的本地接地层。例如,局部接地可以是中心点位于微下方的星,这就是这颗星连接回主接地的位置。

如果您至少有 4 层,那么将微型附近的其中一层专用于局部地面是有意义的。如果这使得布线太难或这是一个两层板,只需使用星形配置。要点是使微控制器吸收的高频电源电流远离主接地层。如果你不这样做,你就会有一个中心馈电的贴片天线而不是接地平面。

从微型电源引脚到旁路电容,再到微型接地引脚的环路不应穿过主接地层。这是高频电源电流运行的地方。将接地引脚在一处连接到主地,但不要将旁路帽的接地侧单独连接到主地。旁路帽的接地侧应该有自己的连接回微型接地引脚。

在微型和电路板其他部分之间传输的数字信号仍将具有较小的环路面积,因为微型将连接到靠近其接地引脚的主接地。

您可能会发现此答案很有用。

有几次我使用真正独立的平面(这样的应用程序仍然存在),但不适用于像你这样的电路。

仔细放置组件并考虑电源/接地应该可以帮助您实现良好的布局。