Шум, вызванный неправильной развязкой контакта VDD

Я задавал вопрос «Функция, выполняемая в MCU, генерирует шум в аналоговой схеме», но в то время вопрос не был достаточно подробным. После нескольких дней тестирования проблема стала более конкретной.

Когда я запускаю функцию с частотой 600 Гц, я могу наблюдать набор шумов (600 Гц, 1200 Гц, 1800 Гц и т. д.). Вот частотный спектр:

Введите описание изображения здесь

После некоторых тестов я думаю, что это связано с неправильной развязкой V DD микроконтроллера. Но я не уверен. Я сделал еще один тест. Я обнаружил, что когда конденсаторы (внутри красных кругов) меняют свое значение с 0,1 мкФ на 0,01 мкФ, шум уменьшается.

Введите описание изображения здесь

И шум после замены:

Введите описание изображения здесь

Мой вопрос:

Почему шум уменьшился после замены? Это из-за неправильной развязки микроконтроллера? (но в техническом описании STM32F4 рекомендуется 0,1 мкФ ).

Вот печатная плата этих контактов и конденсаторов:

Введите описание изображения здесь

Введите описание изображения здесь

Введите описание изображения здесь

Введите описание изображения здесь

Ваши метки на схемах кажутся DGND, а на печатной плате напечатано AGND, что заставляет меня задуматься, действительно ли вы разделили оба заземления или ваш цифровой обратный ток проходит через аналоговое заземление. Было бы полезно иметь полное представление о трассировке всех слоев.
По этой причине нет ничего необычного в том, чтобы иметь смесь развязывающих конденсаторов: иметь 0,1 мкФ И 0,01 мкФ. ESR конденсаторов 0,1 мкФ может быть слишком высоким.
Конденсаторы большего размера могут вносить больше шума в аналоговую цепь, тем самым улучшая цифровое питание за счет аналогового. Вы можете проверить эту гипотезу по сравнению с гипотезой о более низком Z, сопоставив крышку с более низким значением с более высоким значением (просто сложите их друг с другом), а не заменяя конденсаторы.
Есть ли смысл в том, что конденсатор 0,01 мкФ или 0,1 мкФ должен иметь большое значение на частоте 600 Гц? Думаю, я склоняюсь к объяснению Спехро, что связь ухудшается и, следовательно, меньше шума передается от цифровых цепей к AGND.
Не могли бы вы дать ссылку на свой старый вопрос? Кроме того, есть ли в этой конструкции заглубленные плоскости питания и заземления или питание и земля проложены по дорожкам (мне кажется, я вижу дорожки)?
@PlasmaHH: DGND и AGND одинаковы. Я не разделял их.
@ pjc50: но на схеме платы обнаружения stm32f4 используется сочетание обходных заглушек. А параллельное подключение двух колпачков, похоже, снижает общее СОЭ, верно?
@SpehroPefhany: Почему большие колпачки связывают больше шума с аналоговой схемой?
@Фотон: да. Забыл упомянуть, что печатная плата имеет 4 слоя. Один для плоскости питания и один для плоскости земли. И то, и другое — полная плоскость.
@billyzhao В зависимости от того, где и как заземление подключено, напряжения на одной плоскости заземления или трассе могут влиять на другую.

Ответы (2)

Как указано в комментариях:

Если вы соединили цифровое и аналоговое заземления по всей печатной плате, цифровой обратный ток будет счастливо смешиваться с аналоговым обратным током и соединяться с ним, эти пики будут иметь гораздо большее влияние на ваши измерения. Конечно, если аналоговый тракт также (частично) находится внутри MCU, вам, возможно, придется немного смешивать здесь и там, но вы все равно можете попытаться ограничить перекрытие AGND и DGND.

Во-вторых, пики уменьшаются, потому что конденсатор емкостью 100 нФ будет иметь большее эквивалентное последовательное сопротивление, потребуется больше времени, чтобы передать заряд от его более сложных / длинных пластин в ваш чип. Меньшее значение имеет более низкое ESR, что намного быстрее подает питание обратно на MCU, делая пики намного меньше. Если вы поместите 100 нФ и 10 нФ или даже 4,7 нФ рядом друг с другом на каждом выводе VDD, вы уменьшите связанный шум в случае быстрого внутреннего переключения и более мощного, но более медленного внешнего переключения намного лучше, чем с одним из них. .

В некоторых случаях даже 3 или 4 различных значения используются для охвата всех частотных областей, хотя обычно мы говорим об отдельных МГц, сотнях МГц и (почти) ГГц областях в одном чипе, таком как высокопроизводительные процессоры, WiFi или FPGA. когда на контактах питания есть 4 колпачка разного размера.

Спасибо за ваш ответ. Но я уже проектировал подобные печатные платы. Каждый раз я не разделял цифровую землю и аналоговую землю. Но я не видел такого явления в моем вопросе раньше. Так ли уж необходимо отделять землю?
Необходимо? Нет. Очень разумно сделать это, если вы можете: Да! Дело в том, что весь цифровой ток также будет проходить через ваши аналоговые обратные пути и будет «поднимать» аналоговое напряжение земли на каждом пике. Если цифровая и аналоговая мощность могут возвращаться к источнику питания только по отдельности, они не могут мешать друг другу.

Соединение +3,3 В должно идти к конденсатору, который затем должен быть подключен непосредственно к выводу MCU, в любом случае, как у вас с C302. Он не должен быть между конденсатором и выводом.

Эта диагональная дорожка на третьем изображении должна соединяться с поводком под прямым углом. Это не повлияет на развязку, но может действовать как кислотная ловушка при травлении. Тоже выглядит некрасиво.

Спасибо. Интересно, какой должен быть правильный угол? Не могли бы вы немного объяснить?
Просто нужно избегать острого угла. Рекомендуется 90-градусный (прямой угол) или прямое соединение с площадкой или другой дорожкой.
Шум, вызванный неправильной развязкой контакта VDD
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v