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RA2快速設計指南 [9] 一般布線實踐與參考資料(完結)

jf_pJlTbmA9 ? 來源:瑞薩MCU小百科 ? 作者:瑞薩MCU小百科 ? 2023-10-24 17:19 ? 次閱讀

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RA2快速設計指南 [8] 外部總線、SDADC24和OPAMP

16. 一般布線實踐

16.1 數字域與模擬

Renesas RA2微控制器產品主要有三種類型的引腳功能:電源、數字和模擬。

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內的特定部分或域。例如,MCU的主電源電壓將為數字內核、許多數字外設功能和許多數字I/O引腳供電。可以將數字域定義為數字電路、數字I/O引腳以及相關的電源引腳。指定用于模擬功能的電源引腳(例如AVCC0和相關的AVSS0)在MCU內部提供特定的模擬電路,這類模擬電路與數字域電路分開。可以將模擬域定義為模擬電路、模擬I/O引腳以及相關的電源引腳。

數字信號通常是與周期性時鐘相關聯的重復切換模式。數字信號上的跳變往往是相對尖銳的邊沿,同時跳變之間保持穩定的高電平或低電平。在指定的時間范圍內,每個信號必須在可接受的電壓大小下處于穩定狀態,稱為邏輯狀態。通常使用時鐘的邊沿跳變以預定的時鐘間隔對信號狀態進行采樣,以評估相關的數據信號。只要電平保持在指定范圍內,數字信號電壓值的小幅度變化通常是可以接受的。但是,如果數字信號受到可能會對其造成嚴重影響的較大外部作用,則可能會在對數據進行采樣時引起錯誤的邏輯狀態。

模擬信號通常截然不同。模擬信號可能是周期性的,但模擬信號的評估通常是在一定范圍內而不是邏輯狀態下測量電壓。根據特定的觸發事件對模擬信號的電壓大小進行采樣,然后使用MCU中的模擬電路處理得到的測量結果。模擬測量的精度與采樣電壓值的精度直接相關。任何可能會略微改變模擬輸入信號電壓值的非預期外部作用,都可能影響測量的準確性。

由于Renesas RA2 MCU產品的I/O引腳的高度復用特性,許多I/O引腳都可用于實現模擬或數字功能。這可能會導致數字和模擬功能發生重疊,并造成數據錯誤。

為了盡可能地減少數字信號域和模擬信號域之間的潛在問題,請考慮以下準則:

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

? 每個模擬信號應盡可能與所有其他信號分開。

? PCB布線應盡可能隔離每個模擬信號。避免在同一區域內連接其他任何信號走線,無論是模擬信號還是數字信號。

? 確保模擬電源電壓和模擬參考電壓包含適當的交流濾波器。可以采用在MCU電壓引腳附近放置的形式

建議使用的電容,或使用適當的感應濾波器。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設計中使用專用電源層時,避免在模擬電壓區域內連接數字信號走線,并避免在數字電壓區域內連接模擬信號走線。

對于靈敏度較高的應用,強烈建議使用仿真工具評估特定的設計,以了解電路設計對性能的影響。例如,這可能包括諸如精密傳感器設計或超高速數字總線接口之類的應用。有關每種外設功能的特定要求,請參見《硬件手冊》中的“電氣特性”一章。

16.2 高速信號設計注意事項

隨著數字信號時鐘速度的增加,外部刺激對這些信號的影響會變得更加明顯。某些外設功能可以歸類為“高速”數字信號。對于高速數字信號,還應考慮其他設計注意事項。

在發生串擾時,一個信號上的跳變會對附近的另一個信號產生感應影響。當這種串擾效應足夠強時,第一個信號可能會導致第二個信號上發生錯誤。為了減少串擾的影響,請使用以下一般PCB布線準則:

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

? 為同一布線層上的時鐘信號和數據信號之間提供額外的空間。通常,在時鐘和任何其他數字信號之間至少要保留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字信號走線。如果必須在相鄰的信號層上連接信號,請盡可能嘗試僅使用正交叉走線。

如有可能,請在信號層之間使用電源層或接地層來分隔PCB信號層。電源層或接地層的單芯銅線可以用作數字信號的“屏蔽”。

每個標準化接口都有特定的要求。為確保PCB設計不會出現信號串擾問題,強烈建議設計每個接口時都參考相關標準。

16.3 信號組選擇

某些引腳名稱帶有附加的 _A、_B、_C、_D、_E 或 _F 后綴來表示信號組。對RA2產品而言,在分配功能時可忽略這些后綴,為每個功能信號選擇最方便的引腳分配。

請參見《硬件手冊》中“I/O端口”一章的“每種產品的外設選擇設置”和“PmnPFS寄存器設置的注意事項”部分。

17. 參考資料

在編寫本《快速設計指南》時,參考了以下文檔,您可點擊此處進入瑞薩電子官網了解更多內容。

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來源:瑞薩MCU小百科

免責聲明:本文為轉載文章,轉載此文目的在于傳遞更多信息,版權歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權問題,請聯系小編進行處理


審核編輯 黃宇

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