Эти макеты печатных плат хороши?

Я работаю над аудиоинтерфейсом USB; плата имеет аналоговую секцию с усилителями и фильтрами для входных и выходных сигналов, цифровую секцию с ЦАП, АЦП и микроконтроллером, который будет управлять обеими ИС, и блоком питания, формирующим все необходимые напряжения для всей схемы (двойное питание для операционных усилителей, 5 вольт для микро и интегральных схем).

Всю неделю я изо всех сил пытался втиснуть все это на одну двухслойную печатную плату, но в конечном итоге модульная конструкция кажется мне лучшим решением; проще спроектировать один модуль, и его потом будет легче отлаживать.

Я читал в Интернете множество похожих материалов о схемах разводки смешанных сигналов, и я пытался учесть эти соображения при окончательной компоновке. Разделение территорий кажется главным, на что следует обратить внимание; теперь я использую выделенный изолированный блок питания, который питает все схемы, и он разработан таким образом, что цифровые и аналоговые заземления одинаковы; но, поскольку я собираюсь использовать модуль, может быть фактическое разделение земли между строительными блоками этой схемы.

Хватит болтать. Я бы хотел, чтобы вы взглянули на первые модули, которые я закончил, это блок питания и фильтр предусилителя АЦП.

Блок питания генерирует +/9В, +5В и опорное напряжение +2,5В, используемое в фильтре предусилителя; он использует преобразователь постоянного тока Murata, который принимает 12 В и выдает +/9 В при +/-111 мА; шина +9 В подключена к паре LDO, один из которых генерирует +5 В, а другой формирует точное последовательное опорное напряжение +2,5 В, которое используется для смещения входного фильтра АЦП. Я отделил входную землю от земли, преобразованной в постоянный ток, так как это преобразователь изолированного типа. Я прошил весь заземляющий слой, чтобы уменьшить его полное сопротивление. MCU требуется 5 В, 30 мА макс, и он имеет регулятор 3,3 В; ЦАП и АЦП получают 5 В и 3,3 В и потребляют вместе не более 60 мА; хватит ли оставшихся 21 мА для питания четырех MC33078 и двух AD797? (два MC33078 для входного фильтра, два других с двумя AD797 для выходного фильтра).

Схема и печатная плата:

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Другой модуль, который мне удалось закончить, — это предусилитель фильтра АЦП; это балансный фильтр/буфер приемника стереофонической линии для балансировки; он просто получает пару сбалансированных звуковых сигналов и отфильтровывает из них нежелательные шумы, подаваемые на дифференциальные приемники АЦП. Это было на самом деле сложнее; Я подумал, что использование верхнего слоя для размещения двух силовых плоскостей (верхняя часть +9 В, нижняя часть -9 В), а использование нижнего слоя для заземления было лучшим решением с точки зрения простоты компоновки и с точки зрения требуемого места на печатной плате. У меня возникли некоторые сомнения по поводу трассы +2,5 В, проходящей под этими компонентами 1206, но это был единственный способ проложить ее; У меня также есть некоторые сомнения по поводу необходимости электролитических развязывающих колпачков 10 мкФ рядом с разъемом блока питания и меньшего развязывающего колпачка 1 мкФ между 2 + 5 В и землей, рядом с операционными усилителями.

Схема и печатная плата:

введите описание изображения здесь введите описание изображения здесь

Имейте в виду, что это первая хорошо продуманная схема, которую я делаю, и, вероятно, вторая схема, которую я делаю, которая действительно будет напечатана и заполнена. Кроме того, схема фильтра была разработана не мной, а предложенным эталонным фильтром, разработанным в схеме АЦП. В случае, если блок питания не будет давать достаточно питания для схемы, я могу легко использовать блок питания ATX для питания всего, по крайней мере, ради прототипирования. Любая помощь, подсказка, критика или что-то еще действительно приветствуется!

Ответы (1)

Позвольте мне начать с того, что я не сделал полный обзор вашего дизайна. Чтобы сделать это должным образом, потребовались бы часы, а у меня просто нет такого времени в данный момент. Учитывая это, ниже мои комментарии в произвольном порядке.

  • Вам нужно гораздо больше емкости на входе питания и выходах +/-9 В вашего преобразователя. Я бы рекомендовал что-то в диапазоне 22-100 мкФ. У вас есть импульсный регулятор, и вам нужны колпачки, чтобы поддерживать его питание и сглаживать пульсации на выходе. Я бы также увеличил размер колпачков на «выходной» стороне катушек индуктивности как минимум до 10 мкФ. 22 мкф лучше.

  • REF5025 нуждается в конденсаторе на 22 мкФ на выходе, согласно техническому описанию TI. Кроме того, если вы хотите, чтобы это было с низким уровнем шума, чип должен быть расположен на той же печатной плате и в идеале рядом с чипом, которому требуется 2,5 В.

  • LP2985, стабилизатор +5 В, нуждается (как вы уже догадались) в большем количестве конденсаторов. Минимум 10 мкФ, лучше 22+ мкФ.

  • Фильтрация вашего предусилителя довольно хорошо отфильтрует шум. К сожалению, он также отфильтрует ваш сигнал. Он имеет частоту среза около или ниже 1 кГц. Вы, вероятно, хотите что-то еще. Вот частотная характеристика моих собственных симуляций.введите описание изображения здесь

  • Вы должны разместить свои предусилители на той же печатной плате, что и АЦП, для наименьшего шума.

  • Рассмотрите возможность удаления фильтра 22 Ом + 4,7 нФ на выходе ваших предусилителей, но посмотрите примечания к приложению для АЦП и следуйте их рекомендациям по фильтрации. В зависимости от АЦП это может увеличить общий шум.

Это все, что у меня есть сейчас. В основном: больше крышек и меньше печатных плат.

Хорошо для разделительных колпачков, кроме изменения их значений в Eagle, это не большая проблема. Что касается «все на одной печатной плате», я на самом деле разрабатываю ее как панельную печатную плату, как будто все на самом деле будет на одной печатной плате; Я обязательно поставлю кучу резисторов 0 Ом, которые будут соединять разные модули вместе, доказали, что они работают хорошо. Для фильтра симулятор SPICE показывает, что частотная характеристика значительно превышает -3 дБ в диапазоне от 15 Гц до 1 МГц, что и рекомендуется в спецификациях АЦП. Спасибо за вашу помощь! :)
@MickMad ​​Еще раз проверьте свои симуляции. Фильтр 1K + 0,1 мкФ только на входе начнет сбрасывать звук на частоте 1 кГц. Я обновил свой ответ, показав график частотной характеристики из моего моделирования всей схемы предусилителя. У вас -6 дБ на частоте 1,6 кГц. На 10 кГц у вас -16 дБ, на 20 кГц у вас -22 дБ.
Вы совершенно правы! Я просматривал симуляции выходного фильтра ЦАП, который имеет очень широкую полосу пропускания; как я уже говорил, оба эталонных фильтра я взял из даташитов; к сожалению, у меня были совершенно неправильные ограничения входа и обратной связи для фильтра АЦП! Я продолжал копировать этот конденсатор на 1 мкФ в дизайне; рекомендуемая емкость входного фильтра 820 пФ, фильтра обратной связи 180 пФ. Это дает очень широкий выходной диапазон! Большое спасибо, что указали на это! Я опубликую схему выходного фильтра и двух преобразователей как можно скорее.