模数混合PCB设计技巧

1、MSP430数模混合应用的 PCB设计技巧微控论坛原创主贴 作者:DC版主以下是我常用 MSP43C所整理个人心得，希望能给新手们做一些应用参考。以下纯属个人意见，如网友发现有不当 之前还请给予指出和讨论。关于MSP43C数模混合应用中的 PCB设计技巧将分3个小节：1 ADC12相关的几个引脚功能与使用2 数模混合应用中的 PCB布局和电源电路的拓扑结构3 常见不良的PCB处理与误区1ADC12相关的几个引脚功能与使用VREF+/VeREF为ADC模块的正极参考基准电压源。分别为内部参考电压输出、或外部正参考电压输入。VREF-/VeREF-为ADC模块的负极参考基准电压源。分别为内部负参考

2、电压、或外部负参考电压输入。以MSP430F5438为例芯片功能引脚分别为P5.0/VREF+/VeREF+和 P5.1/VREF-/VeREF-。一般情况芯片上电时默认为10功能。如果需要使用其相应功能则需要对引脚进行配置。比如，设置相关的引脚为其应用设置为VREF和VREF则执行：ADC12CTL2 &=ADC12REF0UT;/ 设置 ADC12REF0U位为 0P5SEL |= BIT0;/ P50设置VREF+内部参考电压输出功能P5SEL |= BIT1;/ P51设置VREF-内部参考电压输出功能若使VeREF和VeREF则执行：ADC12CTL2 |=ADC12REF0

3、UT;/ 设置 ADC12REF0U位为 1P5SEL |= BIT0;/ P50设置VeREF外部参考电压输入功能P5SEL |= BIT1;/ P51设置VeREF-内部参考电压输入功能F1、2、4系列未有此对于上面的ADC12CTL2是 ADC12_A控制寄存器2，只有MSP430F5系列产品中才使用。之前的 寄存器，但有相同的功能引脚。由于F5的设置方式有小小特别所以本例特以此为例加以说明。对于ADC12部的外部连接部分，我们在MSP430的用户手册中都有提及到他们的接法。如下图1是MSP430F1系列部分型号电源和参考电压的连接图，而图2是MSP430F5438手册中所提及的连接图。

4、这两图片中的连接方法都基本上一样，在电源和相关参考电压都必须加上了退耦电容。分别10uF的电解电容和O.luF的无极性电容。*«ISlrffftmrWflR 樹*" FQf fr数字电路的退耦电容作用难体现到这些电容都能起到滤波作用，但接在模拟电源端和数字电源端上的电容功能上还是有细微的功能不同的。对于一般 数字电源而言数字电路在噪声抗容性方面比较强，这些电容基本上是起存储电荷的作用。以提供数字电路内部数字单元在开关状态下所提供电流能量，以保证数字单位有效地处于开或关状态。如果没有这些电容，且芯片离电源较 远时由于数字电路内部单位开关瞬态电流增大而得到足够的电荷能量。此时有

5、可能数字电路处于开关不足而导致数 字状态出错。所以这些电容在数字电路里头主要是起储能作用的。就算供电电源端有电源噪声的存在，电源的噪声对于数字电路而言也较难影响到数字单位的状态。当然这些电容也能起到对电源噪声起退耦（旁路掉作用。模拟电路的退耦电容作用较易察觉对于模拟电路来说这些退耦电容起到更加重要。此时接在模拟电路端的电容更重要一点是起到滤波的作用了（此处讲述并不是电源端的滤波电容作用，但同样有储能功效。对于实际中电源噪声的存在和数字电路混合应用中电源轨容受到数字电路的影响或其他大功率开关噪声传感。此时模拟端的电容起到滤除掉电源轨传来的各类噪声功效，这 样有效提高数模转换中的精度。2如何处理M

6、SP430数模混合的PCB布局和电源电路的拓扑结构。如果你的MSP430设计中有用到ADC采样转换且数字电路方面也有相应用数字控制，一般来说都认为这属数模混合 信号应用电路。为了得到较稳定的数据转换结果，在电源供电的拓扑设计和PCB设计都需要施用一些技巧。数字电源与模拟电路分开独自滤波和供给，并且采用地回流路环一点接地的方式处理。一般建议的结构如下图所示。从图片上可以看出数模电路分开提供电源给各自的电源端，在数字电路和模拟电路的电流回路电流环中各自互不相干。最终两类电路在电源附近相汇流，从而形一点接地的拓扑结构。这种做法的好处是无论在那个类型的电路中产 生开关噪声都不影响到各类型（数字与模拟电

7、路的参考地电位。而这种电路布局和接地拓扑结构还需要在PCB设计上的配合才能得实现。那么在PCB的“布局”和“铺地”方面需要加以实施特殊处理。就我们常做的 MSP43C单片机以混合信号主板而言，一般是仪器仪表之类的设计应用较多。在电源回路布局方案中我们通常将数字电路和模拟电路、电源电路分成三大类；在元件布局方面我们可归类为两类：模拟电路与电源和数字。主电源电路与数字为共布局同一个地平面上。而模拟电路则独立布置一个模拟地平面上，模拟电路的汇流点以一点接入到最近电源电路附近。MSP430昆合信号主板中，模拟信号主要提供模拟前端的电压信号输出至ADC引脚端。常用的封装比如 F1、2、4、5系列的64、80、100Pin封装中，ADC模拟端的相关引脚与数字引脚的分配方向是 比较好的，给PCB布局提供非常方便做法。下图是元件布局与铺地的参考。U4K图中左边部分显示了 PCB则面图，在PCB设计时尽可能走线于处顶层相连，尽量减少过孔。在划分铺地的区域后， 元件将放置在顶层。低层尽可能用于留作地平面铺设，这样的做法好处是使模拟或数字电路上的信号有一个较完整 参考地平面。这样可使得电信输有较好的效果（理论参考相关书籍