Sind diese PCB-Layouts gut?

Ich arbeite an einem USB-Audio-Interface; Das Board hat einen analogen Teil mit Verstärkern und Filtern für die Ein- und Ausgangssignale, einen digitalen Teil mit DAC, ADC und dem Mikrocontroller, der beide ICs steuert, und ein Netzteil, das alle notwendigen Spannungen erzeugt für die gesamte Schaltung (Doppelversorgung für Operationsverstärker, 5 Volt für Mikro und ICs).

Ich habe die ganze Woche damit gekämpft, all diese Dinge auf eine einzige zweilagige Leiterplatte zu packen, aber letztendlich scheint mir ein modulares Design eine bessere Lösung zu sein; Es ist einfacher, ein einzelnes Modul zu entwerfen, und es ist später einfacher zu debuggen.

Ich habe im Internet eine Menge ähnlicher Dinge über Überlegungen zum Mixed-Signal-Layout gelesen und versucht, diese Überlegungen während des endgültigen Layouts zu berücksichtigen. Die Trennung der Gründe scheint das Wichtigste zu sein; Jetzt verwende ich ein dediziertes, isoliertes Netzteil, das alle Schaltkreise mit Strom versorgt, und es ist so konzipiert, dass die digitalen und analogen Erdungen gleich sind. Da ich jedoch modular vorgehe, kann es zu einer tatsächlichen Trennung der Masse zwischen den Bausteinen dieser Schaltung kommen.

Genug geredet. Ich möchte, dass Sie einen Blick auf die ersten Module werfen, die ich fertiggestellt habe, nämlich die Stromversorgung und den ADC-Vorverstärkerfilter.

Das Netzteil erzeugt +/9 V, +5 V und eine Spannungsreferenz von +2,5 V, die im Vorverstärkerfilter verwendet wird; Es verwendet einen Murata DC-DC-Wandler, der 12 V aufnimmt und +/9 V @ +/- 111 mA ausspuckt; Die +9-V-Schiene ist mit einem Paar LDOs verbunden, von denen einer +5 V und einer eine präzise Reihenspannungsreferenz von +2,5 V erzeugt, die zum Vorspannen des Eingangsfilters für den ADC verwendet wird. Ich habe die Eingangsmasse von der DC-DC-gewandelten Masse getrennt, da es sich um einen isolierten Wandler handelt. Ich habe die gesamte Masseebene genäht, um ihre Gesamtimpedanz zu reduzieren. Die MCU benötigt 5 V, max. 30 mA und verfügt über einen 3,3-V-Regler; der DAC und der ADC erhalten 5 V und 3,3 V und verbrauchen zusammen maximal 60 mA; Reichen die verbleibenden 21 mA aus, um vier MC33078 und zwei AD797 mit Strom zu versorgen? (zwei MC33078 sind für den Eingangsfilter, die anderen beiden mit den beiden AD797 sind für den Ausgangsfilter).

Schaltplan und Platine:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das andere Modul, das ich fertigstellen konnte, ist der ADC-Filtervorverstärker; es ist ein symmetrischer Stereo-Line-Receiver-Filter/Puffer zum Ausbalancieren; Es erhält nur ein Paar symmetrischer Audiosignale, filtert unerwünschtes Rauschen heraus und speist die Differenzialempfänger des ADC. Dieser war tatsächlich schwieriger; Ich dachte, dass die Verwendung der oberen Ebene zur Unterbringung von zwei Stromversorgungsebenen (der obere Teil ist +9 V, der untere Teil ist -9 V), während die Verwendung der unteren Ebene für die Masseebene die beste Lösung in Bezug auf die Einfachheit des Layouts und in Bezug auf war Platz auf der Leiterplatte erforderlich. Ich hatte einige Zweifel, dass die +2,5-V-Spur unter diesen 1206-Komponenten verläuft, aber das war die einzige Möglichkeit, sie zu routen; Ich habe auch einige Zweifel an der Notwendigkeit von elektrolytischen 10-uF-Entkopplungskappen in der Nähe des Netzteilanschlusses und der kleineren 1-uF-Entkopplungskappe zwischen 2 + 5 V und Masse in der Nähe der Operationsverstärker.

Schaltplan und Platine:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Denken Sie daran, dass dies das erste gut durchdachte Schaltungsdesign ist, das ich mache, und es ist wahrscheinlich die zweite Schaltung, die ich mache, die tatsächlich gedruckt und bestückt wird. Außerdem wurde die Filterschaltung nicht von mir entworfen, sondern war das vorgeschlagene Referenzfilter, das im ADC-Schaltplan entworfen wurde. Für den Fall, dass das Netzteil der Schaltung nicht genug Strom liefert, kann ich zumindest für das Prototyping problemlos ein ATX-Netzteil verwenden, um alles mit Strom zu versorgen. Jede Hilfe, Hinweis, Kritik oder was auch immer wird wirklich geschätzt!

Antworten (1)

Lassen Sie mich zunächst sagen, dass ich Ihr Design nicht vollständig überprüft habe. Das richtig zu machen, würde Stunden dauern, und so viel Zeit habe ich im Moment einfach nicht. In Anbetracht dessen sind unten meine Kommentare in keiner bestimmten Reihenfolge.

  • Sie benötigen viel mehr Kapazität am Leistungseingang und an den +/- 9-V-Ausgängen Ihres Konverters. Ich würde etwas im Bereich von 22-100 uF empfehlen. Was Sie dort haben, ist ein Schaltregler, und Sie benötigen einige Kappen, um ihn zu versorgen und die Ausgangswelligkeit zu glätten. Ich würde auch die Größe der Kappen auf der "Ausgangsseite" der Induktivitäten auf mindestens 10 uF erhöhen. 22 uF wären besser.

  • Der REF5025 benötigt laut TI-Datenblatt eine 22-uF-Kappe am Ausgang. Wenn Sie beabsichtigen, dass dies rauscharm ist, sollte sich der Chip außerdem auf derselben Leiterplatte befinden und idealerweise direkt neben dem Chip, der die 2,5 V benötigt.

  • Der LP2985, der +5V-Regler, benötigt (Sie haben es erraten) mehr Kappen. Mindestens 10 uF, 22+ uF wären besser.

  • Die Filterung Ihres Vorverstärkers filtert das Rauschen recht gut heraus. Leider wird es auch Ihr Signal herausfiltern. Es hat eine Grenzfrequenz nahe oder unter 1 KHz. Sie wollen wahrscheinlich etwas anderes. Hier ist der Frequenzgang von meinen eigenen Simulationen.Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

  • Sie sollten Ihre Vorverstärker auf der gleichen Platine wie die ADCs platzieren, um das geringste Rauschen zu erzielen.

  • Erwägen Sie, den 22 Ohm + 4,7 nF-Filter am Ausgang Ihrer Vorverstärker zu entfernen – aber schauen Sie sich die App-Hinweise für den ADC an und befolgen Sie deren Empfehlungen zum Filtern. Je nach ADC könnte dies Ihr Gesamtrauschen erhöhen.

Das ist alles, was ich gerade habe. Grundsätzlich: Mehr Kappen und weniger PCB's.

Ok für die Entkopplungskappen, abgesehen davon, dass sie ihre Werte in Eagle ändern, ist das kein großes Problem. Für die All-on-One-PCB-Sache entwerfe ich dies tatsächlich als Panelized-PCB, als würde sich alles tatsächlich auf derselben PCB befinden; Ich werde sicherlich ein paar 0-Ohm-Widerstände einsetzen, die die verschiedenen Module miteinander verbinden und beweisen, dass sie gut funktionieren. Für den Filter zeigt der SPICE-Simulator, dass der Frequenzgang weit über -3 dB von 15 Hz bis 1 MHz liegt, was die ADC-Spezifikationen empfehlen. Vielen Dank für Ihre Hilfe! :)
@MickMad ​​Überprüfen Sie Ihre Simulationen erneut. Der 1K + 0,1uF-Filter am Eingang allein beginnt bei 1 KHz zu rollen. Ich habe meine Antwort aktualisiert und das Frequenzgangdiagramm aus meiner Simulation der gesamten Vorverstärkerschaltung angezeigt. Du bist bei -6 dB bei 1,6 KHz. Bei 10 KHz liegt man bei -16 dB, bei 20 KHz liegt man bei -22 dB.
Du hast vollkommen Recht! Ich habe mir die Simulationen für den DAC-Ausgangsfilter angesehen, der ein sehr großes Band hat; wie gesagt, ich habe beide referenzfilter aus den datenblättern genommen; leider hatte ich die Eingangs- und Rückkopplungskappen für den ADC-Filter total falsch! Ich habe diese 1uF-Kappe während des gesamten Designs kopiert; Die empfohlene Eingangsfilterkappe beträgt 820 pF, die Rückkopplungskappe 180 pF. Dies ergibt ein sehr breites Ausgangsband! Viiielen Dank für den Hinweis! Ich werde das Layout für den Ausgangsfilter und für die beiden Konverter so schnell wie möglich veröffentlichen.