微控制器/模擬應用中電源、接地和噪聲的管理

　　除了微控制器，微控制器應用經(jīng)常包括低電平傳感器信號和適當?shù)碾娫打?qū)動電路，需要小心設計電源和接地。本文將討論噪聲源和噪聲的傳播路徑。我們將涉及良好布局習慣背后的理論及其對噪聲的影響。我們也將討論隔離和限制噪聲元件的適當?shù)倪x擇和布局方法。

　　圖1是本文中討論時使用的系統(tǒng)方框圖。這個系統(tǒng)的功能是采集重量并在LED陣列和筆記本電腦上顯示結(jié)果。在需要時，可利用風扇控制器對電路板降溫。

　　這個設計實例包括了模擬和數(shù)字兩部分。這種設計的難點之一是如何將這兩個部分隔離開來。先看一下該設計的模擬部分，模擬輸入信號進入電路實現(xiàn)稱重。圖1的模擬接口電路包括稱重、增益電路、膺頻濾波器和12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。稱重利用的是一個惠斯頓電橋，如圖2所示。

　　圖1  系統(tǒng)（包括噪聲源）的電路模型。模擬接口電路采用一個稱重傳感器測量重量。然后，該接口將測量結(jié)果傳送到微控制器。微控制器把傳感器的結(jié)果發(fā)送到LED顯示器和筆記本電腦。整個電路還包括風扇電機驅(qū)動器電路。

　　圖2　這是圖1所示的方框圖中模擬部分。放大器和參考電壓連接到ADC，ADC再連接到微控制器。為了建立一個二階低通濾波器（A3）需要兩個電阻器、兩個電容器和MCP6022運算放大器。另一個放大器組成了一個儀器放大器，其中使用了旁路電容器。

　　在數(shù)字部分，微控制器產(chǎn)生稱重值的數(shù)字表示。微控制器的作用之一是在LED陣列上顯示測量結(jié)果。微控制器還利用RS-232連接端口把數(shù)據(jù)傳送到臺式電腦。臺式電腦從微控制器得到模擬測量數(shù)據(jù)，并以柱狀圖形式顯示這個數(shù)據(jù)。最后，數(shù)字部分還包括風扇的PWM驅(qū)動器輸出。

　　這個設計包括敏感的模擬電路、大功率LED顯示器以及與筆記本電腦相連的一個潛在的噪聲數(shù)字接口。其中的難點在于設計一個可以使這些沖突單元共存的電路和布局。我們將從設計這個電路的模擬部分開始，然后繼續(xù)討論與布局有關的問題。

模擬電路設計

　　這個電路的模擬部分有一個稱重傳感器、構(gòu)成一個儀器放大器的雙運放（MCP6022）、一個12位100 kHz SAR ADC（MCP3201）和一個參考電壓。ADC的SPI端口直接連接到一個微控制器（見圖2）。
稱重傳感器的滿幅輸出范圍為