Cách tốt nhất để bố trí PCB với bộ dao động tinh thể và MCU là gì?

Tôi đã nghe nói rằng mạch đồng hồ là một nguồn nhiễu và mạch đồng hồ cũng nhạy cảm với tiếng ồn. Tôi tin rằng giữ cho mạch đồng hồ gần với MCU và giữ các tuyến hoặc mạch khác cách xa mạch đồng hồ luôn tốt hơn.

Trong thiết kế của tôi, có nhiều dây trên PCB bốn lớp. Bố cục của MCU （STM32） với các tinh thể được hiển thị bên dưới, không có định tuyến. MCU được đặt bên phải hình ảnh và hai tinh thể được đặt bên trái. Crystal 1, Y1 , là 32.768 KHz, và được đặt ở góc trên cùng bên trái. Crystal 2, Y2 , là 8 MHz và được đặt dưới Y1 .

PCB không định tuyến

Hình ảnh thứ hai cho thấy tất cả các định tuyến của phần này của PCB. Các đường màu xanh lá cây mỏng trên Y1 chịu trách nhiệm liên lạc giữa MCU và CPLD. Tín hiệu lên đến 72 MHz sẽ đi qua các đường này. Các đường màu lục dày bên dưới Y2 kết nối mô-đun ADC của MCU và tín hiệu tương tự sẽ đi qua các đường này. Các đường màu vàng dày ở góc dưới bên trái chịu trách nhiệm cho nguồn điện tương tự và tham chiếu tương tự của mô-đun ADC của MCU.

Định tuyến kim loại PCB 1 và 2

Thật là một mớ hỗn độn. Tôi lo ngại về chức năng của PCB, đặc biệt là từ các vấn đề EMC. Bất cứ ai có thể đưa ra một số gợi ý về cách cải thiện PCB?

— bình dầu
nguồn

Electronics.stackexchange.com/a/5608/7036 Bài đăng cho thấy vòng bảo vệ xung quanh xtal. Liên quan, nhưng có lẽ không phải là một bản sao.

— Nick Alexeev

Lớp nào bạn có quyền lực và tiếp đất? Tôi thực sự sẽ giúp nếu bạn có thể chụp những hình ảnh này và thêm các thành phần vào và chỉ ra trên hình ảnh bằng mã màu hoặc văn bản những gì từ của bạn đang đề cập đến. Tôi có thể thấy xtals ok nhưng lời của bạn nói về các bản nhạc dày và tôi không chắc đây là những bản nào. Các thành phần loạt hoán đổi các dây xtal là gì? Hai hình ảnh là tối thiểu. Không yêu cầu hình ảnh đầu tiên, hình ảnh cuối cùng không bắt buộc cộng với kiến thức về máy bay trái đất / vcc

— Andy aka

@Andyaka cấu trúc của PCB của tôi là TÍN HIỆU-GND-POWER-TÍN HIỆU. Tôi chỉ đề cập đến vị trí như các rãnh dày ở góc dưới bên trái. lần tới, tôi sẽ thêm một số mũi tên vào hình ảnh

— Oilpig

Câu trả lời:

Tôi muốn hòa nhập với một chút góc nhìn: bạn không thực sự đối phó với bất cứ điều gì tốc độ cao ở đây. Bạn thực sự có thể làm bất cứ điều gì bạn muốn ở các tần số này và có được tính toàn vẹn tín hiệu hoàn toàn tốt. Một vài MHz, thậm chí vài chục MHz, sẽ không gây ra bất kỳ rắc rối thực sự nào.

Đặc biệt là về mặt tinh thể của mọi thứ, bạn không phải lo lắng về một điều. Tôi đã có bố trí nơi tinh thể được đặt cách MCU vài inch và nó hoạt động rất tốt. Tôi đã thăm dò nó, nó trông giống như tinh thể được gắn chặt. Thiết kế tốc độ cao là 300 MHz trở lên - hoặc trở kháng cao từ khoảng 100 MHz. Đó gần như là điểm mà việc định tuyến có thể bắt đầu gây ra sai lệch đồng hồ, phản xạ và nơi dấu vết PCB của bạn sẽ không còn hoạt động như các yếu tố điện trở nữa.

Trong bất kỳ thiết kế nhạy cảm với tiếng ồn, bạn muốn xem xét rằng:

Điện trường và đặc biệt là tốc độ thay đổi của chúng nên được giảm thiểu. Điện trường tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với khoảng cách, vì vậy bạn muốn tối đa hóa khoảng cách giữa các dòng điện xoay chiều nhanh chóng
Từ trường nên được giảm thiểu. Từ trường tỷ lệ thuận với kích thước vòng lặp và tốc độ thay đổi của dòng điện, vì vậy bạn muốn tách rời bất cứ thứ gì có tốc độ thay đổi hiện tại cao (chuyển đổi nguồn, đường dây IC) với các giá trị tụ điện phù hợp và bạn muốn định tuyến các đường dây điện gần nhau càng tốt để giảm thiểu kích thước của các vòng hiện tại
Trở kháng cao có nghĩa là khả năng chống ồn thấp. Tránh các dòng trở kháng cao, và nếu bạn có chúng, làm cho chúng không thể chấp nhận tiếng ồn càng tốt. Bảo vệ chúng, bảo vệ chúng, nhưng lý tưởng nhất là chấm dứt chúng với trở kháng thấp để bạn không phải đối phó với nó.

— người dùng36129
nguồn

Lấy làm tiếc. nhưng tôi không thể hiểu tại sao bạn nói rằng "Trở kháng cao có nghĩa là tiếng ồn thấp". Bạn có thể vui lòng giải thích nó?

— Jesus Castane

@ JesúsCastañé đường trở kháng cao có nghĩa là đường dây mỏng hơn, trong cùng điều kiện, nó cũng có nghĩa là mức điện áp cao hơn được ghép từ các dấu vết khác. nó có thể làm suy yếu logicl của tín hiệu. nhưng người dùng26129. dấu vết của đồng hồ nên sử dụng dòng mỏng hơn để giảm toàn bộ điện dung đi lạc

— Oilpig

Trở kháng cao có nghĩa là khả năng chống ồn thấp , nghĩa là nó nhạy hơn với tiếng ồn. Bất kỳ từ trường hoặc điện được ghép thành một đường như vậy có thời gian dễ làm nhiễu tín hiệu hơn nếu nó có trở kháng cao.

— dùng36129

@ user26129 nhưng đó là lý do của điều đó. Sự khác biệt với theo dõi trở kháng thấp là gì?

— Jesus Castane

Bạn có thể mô hình nhiễu từ như một nguồn hiện tại nhỏ (TiếtA hoặc nA) được thêm vào đường tín hiệu. Trở kháng của đường dây càng cao thì điện áp được giới thiệu bởi dòng điện này càng cao. Điều tương tự cũng xảy ra đối với điện trường: điều này làm cho điện áp bị kích thích làm giảm dòng điện.

— dùng36129

Ưu tiên các dòng đồng hồ của bạn bằng cách thực hiện theo thứ tự:

Đặt nguồn đồng hồ và các thiết bị hỗ trợ
Nguồn đồng hồ xung quanh với tất cả các đồng hồ chìm
Đặt bất kỳ cấu trúc năng lượng thiết yếu
Định tuyến lưới đồng hồ trước
Định tuyến lưới tín hiệu khác lần cuối
Điền vào khu vực thừa với cấu trúc điện vv

Một trong những chìa khóa để có định tuyến tốt là vị trí thành phần tốt. Bạn nên squish đồng hồ chìm càng gần càng tốt với nguồn trong khi có đủ chỗ để che chắn cho các thành phần ồn ào hoặc nhạy cảm. Nếu bạn hoàn thành một vài bước đầu tiên và không thể tiến lên, bạn có thể cần phải rip lên và định tuyến lại.

Thứ tự này sẽ đặt đồng hồ của bạn ở mức ưu tiên cao nhất để các dòng đồng hồ của bạn có thể càng ngắn càng tốt. Các dòng đồng hồ ngắn có nghĩa là ít EMI giữa các tín hiệu, do đó độ toàn vẹn và độ tin cậy của tín hiệu tốt hơn. Ngoài ra các dòng ngắn hơn có nghĩa là tải điện dung nhỏ hơn cần phải được điều khiển dẫn đến tiêu thụ điện năng thấp hơn. Cách duy nhất để làm cho các thiết kế tốc độ cao hoạt động là ưu tiên đồng hồ vì nó cũng ảnh hưởng đến thời gian.

Để biết thêm thông tin, đây là một số hướng dẫn.

— travafartley
nguồn