16. 一般布線實(shí)踐

16.1 數(shù)字域與模擬域

Renesas RA2微控制器產(chǎn)品主要有三種類型的引腳功能：電源、數(shù)字和模擬。

通常，電源引腳專門用于電壓和參考輸入，沒有多種功能。電源引腳通常專門用于MCU內(nèi)的特定部分或域。例如，MCU的主電源電壓將為數(shù)字內(nèi)核、許多數(shù)字外設(shè)功能和許多數(shù)字I/O引腳供電。可以將數(shù)字域定義為數(shù)字電路、數(shù)字I/O引腳以及相關(guān)的電源引腳。指定用于模擬功能的電源引腳（例如AVCC0和相關(guān)的AVSS0）在MCU內(nèi)部提供特定的模擬電路，這類模擬電路與數(shù)字域電路分開。可以將模擬域定義為模擬電路、模擬I/O引腳以及相關(guān)的電源引腳。

數(shù)字信號(hào)通常是與周期性時(shí)鐘相關(guān)聯(lián)的重復(fù)切換模式。數(shù)字信號(hào)上的跳變往往是相對(duì)尖銳的邊沿，同時(shí)跳變之間保持穩(wěn)定的高電平或低電平。在指定的時(shí)間范圍內(nèi)，每個(gè)信號(hào)必須在可接受的電壓大小下處于穩(wěn)定狀態(tài)，稱為邏輯狀態(tài)。通常使用時(shí)鐘的邊沿跳變以預(yù)定的時(shí)鐘間隔對(duì)信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行采樣，以評(píng)估相關(guān)的數(shù)據(jù)信號(hào)。只要電平保持在指定范圍內(nèi)，數(shù)字信號(hào)電壓值的小幅度變化通常是可以接受的。但是，如果數(shù)字信號(hào)受到可能會(huì)對(duì)其造成嚴(yán)重影響的較大外部作用，則可能會(huì)在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣時(shí)引起錯(cuò)誤的邏輯狀態(tài)。

模擬信號(hào)通常截然不同。模擬信號(hào)可能是周期性的，但模擬信號(hào)的評(píng)估通常是在一定范圍內(nèi)而不是邏輯狀態(tài)下測(cè)量電壓。根據(jù)特定的觸發(fā)事件對(duì)模擬信號(hào)的電壓大小進(jìn)行采樣，然后使用MCU中的模擬電路處理得到的測(cè)量結(jié)果。模擬測(cè)量的精度與采樣電壓值的精度直接相關(guān)。任何可能會(huì)略微改變模擬輸入信號(hào)電壓值的非預(yù)期外部作用，都可能影響測(cè)量的準(zhǔn)確性。

由于Renesas RA2 MCU產(chǎn)品的I/O引腳的高度復(fù)用特性，許多I/O引腳都可用于實(shí)現(xiàn)模擬或數(shù)字功能。這可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)字和模擬功能發(fā)生重疊，并造成數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

為了盡可能地減少數(shù)字信號(hào)域和模擬信號(hào)域之間的潛在問題，請(qǐng)考慮以下準(zhǔn)則：

? 在分配I/O引腳功能時(shí)，選擇的引腳功能應(yīng)盡量使模擬引腳和數(shù)字引腳在物理上分開。

? 每個(gè)模擬信號(hào)應(yīng)盡可能與所有其他信號(hào)分開。

? PCB布線應(yīng)盡可能隔離每個(gè)模擬信號(hào)。避免在同一區(qū)域內(nèi)連接其他任何信號(hào)走線，無(wú)論是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)。

? 確保模擬電源電壓和模擬參考電壓包含適當(dāng)?shù)慕涣?a href="http://www.1cnz.cn/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器。可以采用在MCU電壓引腳附近放置的形式

建議使用的電容，或使用適當(dāng)?shù)母袘?yīng)濾波器。此舉旨在提供很少甚至沒有電壓紋波的電源電壓和參考電壓。

? 在PCB設(shè)計(jì)中使用專用電源層時(shí)，避免在模擬電壓區(qū)域內(nèi)連接數(shù)字信號(hào)走線，并避免在數(shù)字電壓區(qū)域內(nèi)連接模擬信號(hào)走線。

對(duì)于靈敏度較高的應(yīng)用，強(qiáng)烈建議使用仿真工具評(píng)估特定的設(shè)計(jì)，以了解電路設(shè)計(jì)對(duì)性能的影響。例如，這可能包括諸如精密傳感器設(shè)計(jì)或超高速數(shù)字總線接口之類的應(yīng)用。有關(guān)每種外設(shè)功能的特定要求，請(qǐng)參見《硬件手冊(cè)》中的“電氣特性”一章。

16.2 高速信號(hào)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

隨著數(shù)字信號(hào)時(shí)鐘速度的增加，外部刺激對(duì)這些信號(hào)的影響會(huì)變得更加明顯。某些外設(shè)功能可以歸類為“高速”數(shù)字信號(hào)。對(duì)于高速數(shù)字信號(hào)，還應(yīng)考慮其他設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)。

在發(fā)生串?dāng)_時(shí)，一個(gè)信號(hào)上的跳變會(huì)對(duì)附近的另一個(gè)信號(hào)產(chǎn)生感應(yīng)影響。當(dāng)這種串?dāng)_效應(yīng)足夠強(qiáng)時(shí)，第一個(gè)信號(hào)可能會(huì)導(dǎo)致第二個(gè)信號(hào)上發(fā)生錯(cuò)誤。為了減少串?dāng)_的影響，請(qǐng)使用以下一般PCB布線準(zhǔn)則：

? 為同一布線層上的已連線信號(hào)之間提供足夠的空間。通常，在同一數(shù)字組的信號(hào)之間至少保留一倍走線寬度的空間，而在不同數(shù)字組的信號(hào)之間至少保留3-5倍走線寬度的空間。

? 為同一布線層上的時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)之間提供額外的空間。通常，在時(shí)鐘和任何其他數(shù)字信號(hào)之間至少要保留3-5倍走線寬度的空間。

? 避免在任何相鄰的布線層上并行連接數(shù)字信號(hào)走線。如果必須在相鄰的信號(hào)層上連接信號(hào)，請(qǐng)盡可能嘗試僅使用正交叉走線。

如有可能，請(qǐng)?jiān)谛盘?hào)層之間使用電源層或接地層來(lái)分隔PCB信號(hào)層。電源層或接地層的單芯銅線可以用作數(shù)字信號(hào)的“屏蔽”。

每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化接口都有特定的要求。為確保PCB設(shè)計(jì)不會(huì)出現(xiàn)信號(hào)串?dāng)_問題，強(qiáng)烈建議設(shè)計(jì)每個(gè)接口時(shí)都參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

16.3 信號(hào)組選擇

某些引腳名稱帶有附加的 _A、_B、_C、_D、_E 或 _F 后綴來(lái)表示信號(hào)組。對(duì)RA2產(chǎn)品而言，在分配功能時(shí)可忽略這些后綴，為每個(gè)功能信號(hào)選擇最方便的引腳分配。

請(qǐng)參見《硬件手冊(cè)》中“I/O端口”一章的“每種產(chǎn)品的外設(shè)選擇設(shè)置”和“PmnPFS寄存器設(shè)置的注意事項(xiàng)”部分。

17. 參考資料

在編寫本《快速設(shè)計(jì)指南》時(shí)，參考了以下文檔，您可點(diǎn)擊文末閱讀原文進(jìn)入瑞薩電子官網(wǎng)了解更多內(nèi)容。

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