Welche Vorsichtsmaßnahmen sollte ich treffen, wenn ich analoges und digitales Audio auf demselben Board mische?

Ich hatte noch nie ein Problem damit, dass I2C in einer Schaltung hörbar ist, einschließlich der Verwendung von einstellbaren I2C-Widerständen in einem Mikrofonvorverstärker mit 60 dB Verstärkung, also bezweifle ich, dass Sie große Probleme haben werden, aber hier sind einige Gedanken.

Vermeiden Sie die Verwendung mehrerer Masseebenen, es sei denn, Sie benötigen sie wirklich. Sie können leicht mehr Rauschprobleme verursachen als lösen, wenn Sie nicht sehr darauf achten, kein Signal über die Teilung in der Ebene zu leiten. Verwenden Sie eine einzelne solide Masseebene, es sei denn, Ihr Ziel ist sehr hohe Wiedergabetreue. Im Allgemeinen werden Sie feststellen, dass fast jeder Mixed-Signal-IC separate analoge und digitale Erdungen/Versorgungen erfordert. Während dies in einer idealen Welt großartig ist, werden Sie, wenn Sie nicht den Platz haben, dies richtig zu tun, mehr Lärmprobleme verursachen als Sie lösen können. Zum Beispiel ist es besser, ein einzelnes Netzteil mit einem LC-Filter vor dem analogen Eingang zu verwenden, als eine separate Versorgung auf einer 15-mil-Spur auf der ganzen Linie zu betreiben.

Andere Gedanken:

• Verwenden Sie einen I2C-Takt über dem Audiobereich, 40 kHz oder höher. Verwenden Sie die größten Pull-Up-Widerstände, die Sie bei Ihrer Busgeschwindigkeit erreichen können. Dies begrenzt den Strom und damit die Geräuschentwicklung. Stellen Sie außerdem sicher, dass der I2C-Bus nicht klingelt, wenn er bei allen Geräten einen Reihenabschluss verwendet (40-50 Ohm Widerstand sollte in Ordnung sein). Passen Sie die I2C-Spuren an 50 Ohm an, wenn Sie können, und führen Sie einen langen Lauf durch alle Geräte durch, anstatt den Bus zu verlassen.
• Eine einzelne, solide Grundplatte. Denken Sie daran, dass Hochfrequenzsignale dem Weg der geringsten Induktivität zur Erde folgen, nicht dem Weg des geringsten Widerstands. Legen Sie in diesem Sinne die Leiterplatte so an, dass Masseströme von den digitalen Teilen nicht unter den analogen Teilen fließen.
• Korrekte Entkopplung, keine Widerstände verwenden. Sie müssen dies für Ihr spezielles Design berechnen, aber eine 0,1-uF- und eine 10-nF-Keramikkappe pro Stromstift und größer, 10-uF-Kappen pro Haupt-IC oder Abschnitt sind im Allgemeinen eine sichere Sache. Platzieren Sie die Kappen immer so nah wie möglich am Stromanschluss und gehen Sie so schnell wie möglich auf Masse. Geizen Sie nicht mit den Durchkontaktierungen, auch die Verwendung mehrerer Durchkontaktierungen zur Masse für jede Entkopplungskappe ist keine schlechte Idee, wenn Sie den Platz haben.
• Verwenden Sie entweder eine separate geregelte Stromversorgung oder verwenden Sie einen LC-Filter, um eine analoge Versorgung von der digitalen Versorgung abzutrennen. Wenn Sie eine geteilte Ebene verwenden, können Sie diese Trennung auf einer angrenzenden Ebene mit KEINEN Spuren wieder überqueren.
• Schützen Sie alle empfindlichen analogen Komponenten oder Pins. Erdungsringe um Operationsverstärkereingänge usw. Tatsächlich ist ein Erdungsguss auf der Oberfläche des Analogabschnitts keine schlechte Idee, solange er ordnungsgemäß mit der Erdungsebene gekoppelt ist (viele Durchkontaktierungen) und kein verwaistes Kupfer aufweist.

Das klingt alles nach hervorragenden Ideen. Ein paar Kommentare:

"Teilen Sie die Masseebene nicht. Verwenden Sie eine durchgehende Ebene unter den analogen und digitalen Abschnitten der Platine." -- Henry W. Ott (EMI-Berater), in "Partitioning and Layout of a Mixed Signal PCB"-Designmagazin für gedruckte Schaltungen (Juni 2001). The Massmind hat einige weitere Informationen über die Kontroverse zwischen geteilter und ungeteilter Grundebene .

"Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung" Ja, solange Sie dies tun, indem Sie einen Vorwiderstand direkt am Source-Ausgangspin hinzufügen. (Zu viele fehlgeleitete Personen fügen einen "Glättungskondensator" in der Nähe des Zieleingangsstifts hinzu, was die Sache nur noch schlimmer macht).

Im Open Circuits-Wiki und im Practical Electronics Wikibook gibt es noch ein paar weitere Mixed-Signal- PCB-Designtechniken . Sie sind Wiki - Sie können gerne weitere Verbesserungen vornehmen.

Die sehen ziemlich gut aus. Die einzige andere Sache, die Sie vielleicht berücksichtigen sollten, ist, dass Sie sicherstellen möchten, dass die Abschirmung intelligent geerdet wird, wenn Audiokabel abgeschirmt sind. Ich denke, das ist normalerweise am besten mit dem Chassis zu tun, aber ich bin kein Experte auf dem Gebiet. Ich nehme an, wenn Sie wirklich gründlich sein wollen und ein Metallgehäuse haben, können Sie eine dritte Erdung nur dafür erstellen und sicherstellen, dass die Abschirmungen damit kurzgeschlossen werden.

Sternengrund.

Verbinden Sie beide Erdungen an nur einem Punkt, um Masseschleifen und andere unangenehme Dinge zu vermeiden.

Verwenden Sie Leistungsschichten nur für Strom oder Erde.

Es mag vernünftig erscheinen, aber versuchen Sie zu vermeiden, Signalspuren auf dem Boden oder Stromschichten zu platzieren.

Separate Analogversorgungen.

Manchmal reicht es einfach aus, zwei Versorgungen mit einem Perlen- oder Widerstands-Kondensator-Netzwerk zu isolieren. Beispielsweise empfehlen die meisten Mikrocontroller-Hersteller einen 10-Ohm-Widerstand zwischen analoger und digitaler Versorgung sowie einen separaten 100n-Kondensator. In anderen Fällen benötigen Sie eine vollständig separate Versorgung. Es kommt wirklich auf die Anwendung an.