STM32 MCU PCB布局审查(晶体,去耦和ADC)


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介绍:

我是第一次设计一种业余电子设备,使用STM32来控制烙铁头。我阅读了许多PCB布局文件,并从该论坛中获得了许多信息。这是我的第一个结果,我将让该设计由PCB制造商制造。

由于这是我的第一次尝试,因此在将设计发送到工厂之前,我想请一些建议来检查我是否做错了。

该PCB将是双层PCB。

组件将要手工焊接。

我正在设计EAGLE教育版的PCB。(仅限2层)

晶体布局:

这份文件中我学到了:

  • 在底层有一个GND岛,在顶层有一个保护环以保护OSC信号。
  • 隔离的接地岛应连接到最近的MCU接地。
  • 保护环应通过通孔缝合到接地岛上。
  • 信号不应穿过隔离的地面区域。
  • OSC的信号路径应尽可能对称。
  • OSC的信号路径应尽可能短。
  • 负载C的返回路径通过通向地岛

我的OSC在8 Mhz中运行;负载C为18 pF。

我希望我能正确理解规则,并在业余爱好板的范围内正确布局。

功率和去耦C:

我正在使用0603上限。我想使接地平面尽可能完整,所以我不希望信号走线到达底层。但是我也不能将去耦C保留在顶层。这就是为什么我将去耦C移到底层。如果可以提供任何想法,可以在顶层进行走线和去耦C,将非常感激。

我得到的规则是:

  • 去耦电容C应尽可能靠近VDD / VSS对放置。
  • 电源首先通过去耦C,然后到达VDD / VSS引脚
  • MCU具有本地+ 3V3和GND。它们是从单一点进料的。
  • 保持平面图不被切割。
  • 对于VDDA,需要一个铁氧体磁珠。
  • 如果需要多个C,则将较小的C放置在靠近VDD / VSS对的位置。

请问我的布局是否合理。

ADC信号:

对于我的应用,需要一个热电偶信号,该信号位于烙铁头中。尖端的内部有一个加热电阻和一个热电偶,并且热电偶和热电阻共享一条共用的返回路径。在未施加加热器电压的时间段内测量热电偶电压。

我正在使用一个非常简单的同相运算放大器来放大信号。我担心的是:

  • 发热元件的返回电流是否会对单片机产生较大的干扰。(由于仅当没有加热器电流流动时才测量热电偶电压,因此电流影响运算放大器并不重要)
  • 像我在设计中所做的那样,将运算放大器VSS直接连接到接地层还是将其连接到热电偶(-)更好?还是其他选择?

示意图:

我正在使用STM32F103C8T6。根据数据手册,VDD / VSS对为.1uF和2x 10uF。对于快速信号,我放置了电阻以提高边沿抑制能力。放置了一个帽,用于过滤复位线。我正在使用SWIO通过SDO跟踪调试端口。

以下部分是我当前的PCB设计:

-示意图:

在此处输入图片说明

-最佳:

虚线是用于分离VDD引脚和+ 3V3平面的3V3切口 顶层 MCU关闭顶部

-底部:

虚线是用于将VSS引脚和GND平面分开的GND切口 底层 MCU关闭底部

-模拟部分:

运算放大器

-烙铁头构造:

在此处输入图片说明

我希望我提供的信息足以产生一些反馈。

同时也请让我知道我对设计规则的理解是否正确。

非常感谢。

最好的祝福。


哪个是STM32?您需要精确的时间安排吗?
Jan Dorniak '18年

原理图也将有所帮助。
Jan Dorniak '18

Jan,您好,感谢您的评论。我在编辑中添加了MCU部分的示意图。MCU是STM32F103C8T6。我不会说它需要精确的时间。但是我想知道,该应用程序将被视为“需要精确定时”有多严格?精度为+/- 100 ns?800kHz PWM控制着WS2812B led。公差为+/- 150 ns。我在面包板上尝试了这种设计,并使用osci进行了测量。有用。PCB上的信号会比面包板上的信号差吗?
黄树书

我这句话可能是错误的。时钟精度方面的更多信息-我认为您根本不需要该晶体。HSI振荡器应具有+/- 3%的数量级。将NRST添加到您的编程连接器中(虽然并非绝对必要)非常有帮助。
Jan Dorniak '18

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NRST路由听起来不错。至于水晶-恕我直言,它看起来过头了。我看过一块工作频率为25 MHz的晶体的工作板,它对所有事物都使用一个接地,但我不是专家。另外,我还被教导要在晶振和MCU之间盖上盖子,但这只是我办公室里传下来的知识。
Jan Dorniak '18

Answers:


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只是快速浏览了一下,但是有两件事困扰着我:

  • MCU周围顶层的虚线是什么?看起来像是另一层的某种轮廓,以某种方式最终终止在铜层上。您应该将其删除,否则会造成短路。
  • 在模拟部分,某些走线和(主要是)接地铜浇注之间的间距似乎很小。这可能会导致制造问题,也可能导致短路。EAGLE中应有一个设置,以定义网与铜浇注之间的最小距离。

    我在受影响的区域上放置了黄色圆圈:

突出显示区域的布局


虚线显示了poligon轮廓。一旦Eagle重新计算浇筑量/多边形,此问题将修复。
Jan Dorniak '18年

嗨,马可,谢谢您的输入。虚线是来自EAGLE的多边形。我无法以某种方式隐藏多边形线,因此它们仍然存在。在编辑中,我添加了MCU布局的放大图。您可以看到多边形用于分隔电源引脚和电源平面。您提到过痕迹/铜的清除。制造商可以留出5密耳的间隙,我在DRC中设置了6密耳,运行DRC后,它没有给出错误。因此,我相信还可以。仅供参考。网格被设置为标量为25密耳。
黄树书

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NRST上的220 ohm上拉过强。通常,根本没有上拉电路,因为芯片包含内部上拉电路。但是我会留出电阻的位置,但不安装它,因此如有必要,稍后可以在其中放置10k电阻。

不要在BOOT0引脚上同时上拉和下拉。如果您不打算使用内置的自举程序,而仅通过JTAG / SWD进行编程,则可以将BOOT0引脚接地或将10k留在那里。


嗨Justme,感谢您回复这个旧主题。对于BOOT0的上拉和下拉,它们是可选的,并且将只放置其中之一,我不打算同时放置两者。但是仍然要感谢指出。我将研究NRST引脚的内部上拉电路,感谢您的建议!
MinShu Huang
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