Змішаний макет друкованої плати для PSoC

Я розробляю друковану плату для програми аналогового зондування. Він використовує внутрішній АЦП на PSoC3. Як завжди, програма дуже обмежена в просторі (11 мм x 21 мм), тому мені довелося піти на компроміси в макеті друкованої плати, чого я б не робив на більшій друкованій платі.

Плата поставляється з регульованим 6 В і містить два 5В лінійних регуляторів. MCP1702 для цифрового харчування, і MIC5205 для аналогового харчування. На платі встановлено п'ять датчиків ефекту А1324 Холла. Кожен вихідний сигнал Холла фільтрується через 100nF + 1k RC-фільтр. Один датчик знаходиться на самій друкованій платі (праворуч знизу). Інші 4 підключіть до правого 6-контактного роз'єму.

Мікросхема виступає як підлеглий SPI, але зразки АЦП завжди беруться між транзакціями SPI, тому SPI не повинен перешкоджати аналоговим сигналам.

На жаль, я все ще бачу деякий шум (близько 1,5 LSB на 12 біт) на аналогових сигналах, і мені цікаво, чи є щось, що я міг би зробити по-іншому в макеті, щоб поліпшити його.

Будь ласка, відкрийте зображення на новій вкладці, щоб побачити його з більшою роздільною здатністю.

Додано:

Інші конструкції друкованих плат, які я робив, використовуючи MCP3208 , і ті ж подвійні 5V джерела, ті ж датчики та ті ж фільтри RC не досягли помітного шуму в 12 біт.

АЦП на PSoC3 - це тип дельта-сигми. Ця версія PSoC обмежена 12 бітами, але інший номер деталі має 16-бітний АЦП (хоча з меншою швидкістю вибірки).

Я дбаю про шум, і дуже хотів би просунути його трохи далі до 12 ENOB. Причина - не точність, а вимірювання швидкості. В даний час цей рівень шуму унеможливлює точне регулювання положення та швидкості роботи.

Додано:

Схематична. Вибачте, це трохи тісно, ​​але ви можете просто прочитати значення.

Ви завжди будете чути шум від АЦП, особливо типи SA (послідовного наближення) на мікроконтролері. Сигма-дельта краще спрацьовує для гауссового шуму, оскільки вони інтегрують його. Не чекайте 12 ENOB від 12-бітного АЦП.

Шум контролера є причиною, чому більшість мікроконтролерів не дає вам більш високу роздільну здатність, ніж 10 біт, і AVR пропонує можливість зупинити мікроконтролер під час придбання АЦП, що повинно підтвердити, що принаймні частина шуму надходить від контролера .

Але питання полягає в тому, що тебе хвилює? 1,5-бітний шум на 12-бітному АЦП все одно залишає у вас більше 10 біт або краще 0,1%. Наскільки точний ваш датчик Холла? Інші компоненти схеми?

редагувати
Ви, здається, використовуєте внутрішній генератор PSoC, оскільки я не бачу жодного кристала на схемі. Це виглядає нормально: у вас є відповідна розв'язка. Крім внутрішнього годинника, єдиною швидкісною частиною в ланцюзі, здається, є SPI, але ви говорите, що це буде мовчати під час вимірювань. Інша частина плати є постійним або, мабуть, відносно низькою частотою, як датчики ефекту Холла. І це Damn Small ™, який також допомагає: коротші сліди сприйматимуть менше шуму. Впевнений, що я міг би поглянути про MCP1702, який я поверну на 90 ° CCW, щоб вихідний конденсатор можна було розмістити ще ближче до штифтів, але це не вирішить проблеми.

Я бачу лише одну зміну в макеті, яка може покращити співвідношення S / N:

У таблиці даних запропоновані розділені аналогові та цифрові наземні площини для "Оптимальна аналогова продуктивність" (стор. 10).

В іншому: це невелика дошка, як я вже сказав, це означає короткі сліди та роз’єднання в межах декількох мм. Тому я хотів би ще раз поглянути на джерело шуму. Головний підозрюваний - годинник PSoC. PSoC може працювати дуже низькою напругою живлення, і це зменшило б його шум. Звичайно, це дуже допоможе, якщо VDDA також має бути знижена, але я ніде в таблиці не читав, що VDDA не повинна бути вище, ніж VDDD.

Далі - АЦП. На сторінці 55 аркуша написано, що 66 дБ SINAD, це 11 біт, що ближче до того, що ви отримуєте зараз. Лист даних A1324 дає нам шум mVpp при спокійній напрузі 2,5 В. Це також набагато менше, ніж співвідношення S / N 72 дБ, яке 12-бітове може дати вам. Ви можете трохи покращити це за допомогою додаткової фільтрації.

Ви згадуєте про кращу продуктивність MCP3208, але це ADC далеко від мікроконтролера, і це може пояснити, як SAC може зробити краще, ніж сигма-дельта з однаковою роздільною здатністю.

Отже, варіанти, які я бачу: знизити цифрову напругу живлення та розділити аналогові та цифрові підстави.

Я згоден з вищесказаним. 1.5LSB шуму досить розумно. http://www.cypress.com/?docID=39346 показує мінімальний SINAD 66 дБ у 12-бітному режимі, що пропонує ENOB = 10,7.

Я знаю, що це не пряма відповідь на ваше запитання, але я збираюся трактувати це питання як "як виправити свої проблеми з регулюванням швидкості?" а не "Як отримати більше 10,5 ENOB?".

Як ви розмежовуєтесь? Чи вистачає у вас запасних годинників, щоб зробити волосся більш гладким, ніж центральна різниця у два бали? Може, розробити щось із 5 зразків завширшки, оптимізованого в Matlab?

Крім того, це може здатися трохи смішним, але швидкість шуму погіршується, коли ви пробите швидше

Не ображайте, але також швидко погляньте, щоб переконатися, що у вашому контролі швидкості не відбувається нічого нерозумного, як проблеми із перетвореннями між підписаними та неподписаними цілими числами, і переконайтесь, що цілі числа є достатньо широкими, щоб уникнути помилок переповнення при диференціації. . Мої власні рівняння управління часто бувають досить складними, що я іноді явно відвожу кожну операцію.

Нарешті, хоч, можливо, найімовірніше, ви втрачаєте ефективні шматочки згори, не підсилюючись до майже повного масштабу? Якщо так, ви можете посилити або, можливо, надати менший Vref.