PSoC를위한 혼합 신호 PCB 레이아웃

아날로그 감지 애플리케이션을위한 PCB를 개발 중입니다. PSoC3에서 내부 ADC를 사용합니다. 평소와 같이 응용 프로그램의 공간 이 매우 제한적이므로 (11mm x 21mm) 더 큰 PCB에서는 수행하지 않을 PCB 레이아웃을 약간 손상시켜야했습니다.

이 보드는 조정 된 6v로 공급되며 2 개의 5v 선형 조정기가 포함되어 있습니다. MCP1702 디지털 공급 및 MIC5205 아날로그 공급. 이 보드는 5 개의 A1324 홀 효과 센서를 감지하고 있습니다. 각 홀 효과 출력 신호는 100nF + 1k RC 필터로 필터링됩니다. 하나의 센서가 PCB 자체에 있습니다 (오른쪽 아래). 다른 4 개는 오른쪽 6 핀 커넥터에 꽂습니다.

이 칩은 SPI 슬레이브로 작동하지만 ADC 샘플은 항상 SPI 트랜잭션 간에 수집 되므로 SPI가 아날로그 신호를 방해하지 않아야합니다.

슬프게도 여전히 아날로그 신호에 약간의 노이즈 (12 비트에서 약 1.5 LSB)가 표시되며 레이아웃에서 다르게 개선 할 수있는 것이 있는지 궁금합니다.

더 높은 해상도로 보려면 새 탭에서 이미지를여십시오.

추가 :

내가 MCP3208을 사용하여 수행 한 다른 PCB 설계 와 동일한 이중 5V 공급 장치, 동일한 센서 및 동일한 RC 필터는 12 비트에서 눈에 띄는 노이즈를 얻지 못했습니다.

PSoC3의 ADC는 델타 시그마 유형입니다. 이 PSoC 버전은 12 비트로 제한되어 있지만 다른 부품 번호에는 16 비트 ADC가 있습니다 (샘플 속도는 낮지 만).

나는 소음에 관심이 있으며 12 ENOB쪽으로 조금 더 나아가고 싶습니다. 그 이유는 정확성이 아니라 속도 측정입니다. 현재이 수준의 소음으로 인해 로봇에서 정확한 위치 및 속도 제어가 불가능합니다.

추가 :

개략도. 조금 좁아서 죄송하지만 값을 읽을 수 있습니다.

ADC, 특히 마이크로 컨트롤러 다이의 SA (Successive Approximation) 유형에서는 항상 약간의 노이즈가 발생합니다. Sigma-delta는 가우스 노이즈가 통합되어 성능이 우수합니다. 12 비트 ADC에서 12 ENOB를 기대하지 마십시오.

컨트롤러의 노이즈는 대부분의 마이크로 컨트롤러가 10 비트보다 높은 해상도를 제공하지 않는 이유이며, AVR은 ADC를 수집하는 동안 마이크로 컨트롤러를 중지 할 수있는 가능성을 제공합니다. .

그러나 문제는 당신이 걱정합니까? 12 비트 ADC의 1.5 비트 노이즈는 여전히 10 비트 이상 또는 0.1 % 이상을 유지합니다. 홀 센서는 얼마나 정확합니까? 회로의 다른 구성 요소?

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회로도에 수정이 없으므로 PSoC의 내부 발진기를 사용하는 것 같습니다. 괜찮아 보입니다 : 적절한 디커플링이 있습니다. 내부 클럭 외에도 회로의 유일한 고속 부분이 SPI 인 것처럼 보이지만 측정 중에는 침묵 할 것입니다. 보드의 나머지 부분은 DC이거나 홀 효과 센서와 같이 상대적으로 낮은 빈도입니다. 또한 Damn Small ™으로 다음과 같은 이점을 제공합니다. 트레이스가 짧을수록 노이즈가 적습니다. 물론, MCP1702를 90도 회전시켜 출력 커패시터를 핀에 더 가깝게 배치 할 수 있지만 문제가 해결되지는 않습니다.

S / N 비율을 향상시킬 수있는 레이아웃의 변경 사항 만 보입니다.

데이터 시트에서 "최적 아날로그 성능"(10 페이지)에 아날로그 및 디지털 접지면 분할이 권장됩니다.

나머지는 : 그것은 내가 말한 것처럼 작은 보드입니다. 즉, 몇 mm 이내에 짧은 흔적과 디커플링을 의미합니다. 노이즈 소스를 다시 한 번보고 싶습니다. 주요 용의자는 PSoC의 시계입니다. PSoC는 매우 낮은 공급 전압으로 작동 할 수있어 잡음이 줄어 듭니다. 물론 VDDA를 낮추어야하는 경우 많은 도움이되지만 VDDA가 VDDD보다 높지 않아야한다는 데이터 시트의 어느 곳도 읽지 못했습니다.

다음으로 ADC. 데이터 시트 55 페이지에 66dB SINAD, 즉 11 비트이며 현재 얻는 것에 가깝습니다. A1324 데이터 시트는 대기 전압 2.5V에서 7mVpp 노이즈를 제공합니다. 이는 12 비트가 제공 할 수 있는 72dB S / N 비율보다 훨씬 낮습니다. 추가 필터링으로 약간 개선 할 수 있습니다.

MCP3208의 더 나은 성능을 언급했지만 마이크로 컨트롤러와는 거리가 먼 ADC이며, 동일한 해상도의 시그마 델타보다 SA ADC가 어떻게 더 나은지 설명 할 수 있습니다.

따라서 내가 볼 수있는 옵션은 디지털 전원 공급 장치 전압을 낮추고 아날로그 및 디지털 접지를 분할하는 것입니다.

위의 내용에 동의합니다. 1.5LSB의 노이즈가 상당히 합리적입니다. http://www.cypress.com/?docID=39346 은 12 비트 모드에서 최소 66dB의 SINAD를 보여 주며 ENOB = 10.7을 나타냅니다.

이것이 귀하의 질문에 대한 직접적인 답변이 아니라는 것을 알고 있지만 질문을 "속도 제어로 내 문제를 어떻게 해결합니까?"로 해석하려고합니다. "10.5 ENOB 이상을 얻는 방법"이 아닙니다.

어떻게 차별화하고 있습니까? 2 점 중심 차이보다 더 매끄러운 머리카락을 만들기에 충분한 여분의 시계 틱이 있습니까? Matlab에서 최적화 된 5 개의 샘플 너비를 계산할 수 있습니까?

또한 약간 웃기는 소리가 들리지만 샘플링 속도가 빠를수록 속도 노이즈가 악화됩니다

모욕하지 말고 부호있는 정수와 부호없는 정수 사이의 변환 문제와 같이 속도 제어에 바보 같은 일이 일어나지 않도록하고 한눈에 볼 때 오버플로 오류를 피할 수 있도록 정수가 충분히 넓어야합니다. . 내 자신의 제어 방정식은 종종 각 연산을 명시 적으로 캐스팅하기에 충분히 복잡합니다.

마지막으로, 아마도 가장 큰 규모이지만 거의 풀 스케일로 증폭하지 않으면 서 유효 비트를 잃고 있습니까? 그렇다면 더 작은 Vref를 증폭하거나 제공 할 수 있습니다.