Entkopplung eines Mikrocontroller-/Entwicklungsboard-Designs

Ich versuche, ein vielseitiges Mikrocontroller-Board (Entwicklungsboard?) Zu entwerfen, um es an ein fabelhaftes Haus zu schicken, um es dann in zukünftigen Projekten zu verwenden. Das verwendete Mikro ist ein ATtiny861A.

Bezugnehmend auf das Datenblatt:Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zeigt an, dass ich den AVCC-Pin über einen Tiefpassfilter mit VCC verbinden sollte. Die Verwendung eines RLC-Filters mit R=10R, L=10uH, C=0,1uF ergibt eine Grenzfrequenz von ~159kHz. Es ist schwer zu wissen, welche Frequenzen zu erwarten sind, da dies eine Allzweckplatine ist, der Takt jedoch immer 1-16 MHz beträgt

  1. Gibt es andere Frequenzen, die ich für AVCC berücksichtigen muss?
  2. Wenn nicht, ergibt das Bode-Diagramm eine Verstärkung von ungefähr -30 dB bei 1 MHz. Wird dies als anständige Reduzierung angesehen, oder sollte ich eine bessere anstreben? Ich denke, die Antwort auf diese Frage lautet "es hängt von Ihrer Anwendung ab", und wenn dies der Fall ist, auf welche Art von Anwendungen würde mich dieses Setup beschränken?

Der Widerstand ist auch auf 3 W ausgelegt, also im absolut schlimmsten Fall, wo jeder Pin an Port A sein Maximum von 40 mA liefert/senkt (nicht, dass ich absichtlich einen Pin irgendwo in die Nähe seines Maximums treiben würde!) Der Widerstand sollte in der Lage sein, damit umzugehen;

P R = ICH 2 R = ( 8 ∗ 0,04 ) 2 ( 10 ) = 1.024 W

Nachdem ich viele Beiträge zum Thema Entkopplungskondensatoren gelesen habe, ist mein aktuelles Verständnis folgendes:

  • Platzieren Sie einen Keramikkondensator so nah wie möglich an den GND- und VCC-Pins des Mikros. Verwenden Sie breite Spuren/Ebenen (und vermeiden Sie möglichst Durchkontaktierungen?), um die Kappe mit dem Mikro und der Versorgung zu verbinden. Dieser Kondensator sollte zwischen Versorgung und Mikro platziert werden und soll Hochfrequenzrauschen mit einem Wert von 100 nF bewältigen. Lohnt es sich, einen anderen Kondensator in der Nähe des Mikros mit einem anderen Wert als 100 nF und 10 uF einzubauen?
  • Legen Sie eine 22-uF-Tantalkappe über VCC und GND, muss nicht in der Nähe des Mikros sein, da sie für niedrigere Frequenzen verwendet wird, die nicht durch die Induktivität der Spuren beeinflusst werden. Der Spannungsregler verwendet mindestens 10 uF Tantal zwischen OUTPUT und GND (größere Werte verbessern die Stabilität weiter), sodass nur einer für Regler und Mikro enthalten und in der Nähe des Reglers platziert wird.
  • Das Datenblatt des Reglers schlägt auch eine 10uF-Tantalkappe zwischen INPUT und GND vor, "geeignet für fast alle Anwendungen". Ich habe gelesen, dass Tantalkondensatoren selbst für kurze Spannungsspitzen über ihrem Nennmaximum sehr anfällig sind. Die Eingangsspannung sind entweder 4 x AA-Batterien mit ~6 V oder der externe ISP-Programmierer mit 5 V. Was sind wahrscheinliche Quellen für Spannungsspitzen? Erstes Einschalten? Die 10-uF-Tantalkappen sind für 16 V ausgelegt. Reicht dies wahrscheinlich als Puffer aus?
  • Auf der Platine sind 2x Dual-n-Kanal-Mosfets enthalten, die 4 LEDs ansteuern. Die Mosfets dienen nur als hochohmiger Puffer (ich denke, das ist der richtige Begriff), falls einer der 4 E / A-Pins auch zum Übertragen von Daten verwendet wird . Lesen dieses Beitrags: Benötigt meine Schaltung Entkopplungskappen? Es wurde vorgeschlagen, auch Transistor und LED zu entkoppeln. Kann und sollte das gleiche Prinzip auf einen Mosfet angewendet werden? Die LEDs haben einen ziemlich niedrigen Strom und werden jeweils mit 2 mA angesteuert. Wären also 22 nF über der LED, dem Vorwiderstand und dem Mosfet-DS ausreichend?

Spannungsregler: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Mikrocontroller (C16-Wert nicht ermittelt): Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dual-n-Kanal-Mosfet: Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Dies wird das zweite Mal sein, dass ich ein fabelhaftes Haus benutze und das erste Mal mit etwas Komplexerem als einem NE555, also würde ich mich über jedes Feedback freuen, das mit meinen vielen Fragen einhergeht! Danke

Antworten (2)

AVDD sollte so weit wie möglich gefiltert werden, dh es sollte unter allen Umständen eine möglichst saubere Spannung liefern, egal wie verschmutzt der Eingang/die digitale Stromversorgung ist. Verwenden Sie möglicherweise 10 uF oder 100 uF anstelle der von Ihnen berechneten 0,1 uF. Eine gute Option wäre die Verwendung eines separaten Linearreglers für den AVDD.

Eine Möglichkeit wäre, AVDD über zwei Pins und einen Jumper dazwischen anzuschließen, damit Sie die Verbindung unterbrechen können. Wenn Sie in Zukunft ein saubereres AVDD benötigen, können Sie diesen Jumper entfernen und externe saubere AVDD-Stromversorgung für die Anwendung hinzufügen. Sie können nicht an alles im Voraus denken. Gönnen Sie sich einige Optionen wie diese, um die Dinge in Zukunft zu ändern.

Fügen Sie zusätzliche Pins zum Messen und Debuggen der Platine und insbesondere zusätzliche GND- und VDD-Pins zum Anschließen externer Geräte, Pull-Ups, Pull-Downs usw. sowie die Erdung der Oszilloskopsonde hinzu. Es würde nicht schaden, einen zusätzlichen Stiftleistenanschluss mit 8 Datenbits und Masse zum Anschließen eines billigen Logikanalysators einzubauen. Und für die Regler folgen Sie einfach den Ratschlägen und Beispielschemata in den Reglerdatenblättern. Viel Glück!

Ich habe den Wert von 0,1 uF gewählt, weil er das war, was ich zur Verfügung hatte. Die Simulation des Frequenzgangs für 10 und 100 uF lässt diese jedoch viel ansprechender aussehen. Eine Keramikkappe (entweder SMD oder Durchgangsloch) mit einem so hohen Wert zu bekommen, scheint den Preis ziemlich zu erhöhen (und elektrolytisch wird bei hohen Frequenzen induktiv, so dass sie ein No-Go sind). Ist es normal, für diese höherwertige Keramik etwas mehr zu bezahlen, oder übersehe ich etwas? Ihre anderen Vorschläge zum allgemeinen Board-Design sind gut und ich werde sie verwenden :)
@Jordan, ich würde es nicht als Entkopplungskondensator betrachten. Ich denke jedenfalls, dass Sie zwei oder drei verschiedene Kondensatoren parallel verwenden sollten. ein großer Elektrolyt, um die großen Spannungsabfälle zu beseitigen, und ein oder zwei Keramiken, um das Hochfrequenzrauschen zu fressen. Aber ich bin eher ein digitaler Design-Typ als ein analoger.

Ich habe viele Entwicklungsplatinen gesehen, bei denen ein 20-Ohm-Widerstand, der ein paar uF speist, eine angemessene Filterung für AVCC bereitgestellt hat. Die erforderliche Filterungsmenge hat mehr damit zu tun, wie laut Ihre Versorgungsschienen sind. Wenn Sie genügend Filter auf Ihren Versorgungsschienen haben, um die Welligkeit auf einige mV zu beschränken, können Sie möglicherweise sogar damit davonkommen, VCC und AVCC miteinander zu verbinden. Zum Entkoppeln des Mikros speist VCC sowieso einen internen Regler (die meisten Mikros haben Kernspannungen von 1,8 V oder weniger), sodass die VCC-Kappen nur in der Lage sein müssen, kurze Bursts zu verarbeiten, die für den internen Regler zu schnell sind (wirklich alles darüber hinaus 100 kHz oder so). Wenn Sie auf Nummer sicher gehen möchten, sollten 100 nF parallel zu 2,2 uF oder so in Ordnung sein. Schließlich ist ein AtTiny nicht gerade ein stromhungriges Monster, sodass Sie nicht viel Kapazität benötigen.

100 nF parallel zu 2,2 uF scheinen machbar :) ist es üblich, Keramik für Werte von bis zu 2,2 uF zu verwenden? Ich weiß, dass ich mich zur Entkopplung von Elektrolyten fernhalten sollte, was ist mit massivem Aluminium?
Solide Aluminium- oder Polymerkappen sind sehr gut, wenn Sie eine reine Massenkapazität benötigen, aber hier ist es wahrscheinlich übertrieben. Das Motherboard in meinem PC hat 8 kleine Polymerkappen und speist manchmal 80 A + (bei einem Volt) in die CPU ein. Aber es ist völlig in Ordnung, Keramik bis zu 2 uF zu verwenden, sie tauchen aufgrund ihres wirklich sehr niedrigen ESR / ESL, ihrer geringen Größe und ihrer geringen Kosten immer häufiger in allem auf. Taiyo Yuden hat einen 470-uF-2,5-Volt-Keramikkondensator in einem 1812-Gehäuse für 6,65 US-Dollar von Digikey.
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