पीएसओसी के लिए मिश्रित सिग्नल पीसीबी लेआउट

Question

मैं एक एनालॉग सेंसिंग एप्लिकेशन के लिए एक पीसीबी विकसित कर रहा हूं। यह PSoC3 पर आंतरिक ADC का उपयोग करता है। हमेशा की तरह, एप्लिकेशन बहुत अधिक जगह (11 मिमी x 21 मिमी) विवश है, इसलिए मुझे पीसीबी लेआउट में कुछ समझौता करना पड़ा है जो मैंने एक बड़े पीसीबी पर नहीं किया होगा।

बोर्ड को 6v विनियमित द्वारा आपूर्ति की जाती है, और इसमें दो 5v रैखिक नियामक होते हैं। डिजिटल आपूर्ति के लिए एक MCP1702 , और एनालॉग आपूर्ति के लिए एक MIC5205 । बोर्ड पांच A1324 हॉल प्रभाव सेंसर को महसूस कर रहा है । प्रत्येक हॉल इफेक्ट आउटपुट सिग्नल को 100nF + 1k RC फ़िल्टर द्वारा फ़िल्टर किया जाता है। एक सेंसर पीसीबी पर ही है (नीचे दाएं)। अन्य 4 दाहिने हाथ 6-पिन कनेक्टर में प्लग करते हैं।

चिप एक SPI गुलाम के रूप में कार्य कर रहा है, लेकिन ADC नमूने हमेशा SPI लेनदेन के बीच लिए जाते हैं , इसलिए SPI को एनालॉग सिग्नल के साथ हस्तक्षेप नहीं करना चाहिए।

अफसोस की बात है, मैं अभी भी एनालॉग सिग्नल पर कुछ शोर (लगभग 1.5 एलएसबी 12-बिट्स) पर देख रहा हूं, और मुझे आश्चर्य है कि अगर ऐसा कुछ है जिसे मैं इसे सुधारने के लिए लेआउट में अलग तरीके से कर सकता था।

कृपया इसे उच्च रिज़ॉल्यूशन में देखने के लिए नए टैब में छवि खोलें।

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जोड़ा गया:

अन्य पीसीबी डिजाइन मैंने MCP3208 का उपयोग करके किया है , और एक ही दोहरी 5v आपूर्ति, एक ही सेंसर, और एक ही आरसी फिल्टर ने 12 बिट पर कोई ध्यान देने योग्य शोर नहीं प्राप्त किया है।

PSoC3 पर ADC एक डेल्टा सिग्मा प्रकार है। PSoC का यह संस्करण 12 बिट्स तक सीमित है, लेकिन दूसरे भाग की संख्या में 16-बिट ADC है (हालांकि कम नमूना दर के साथ)।

मैं शोर के बारे में परवाह करता हूं, और वास्तव में इसे 12 ENOB की ओर थोड़ा आगे बढ़ाना चाहूंगा। इसका कारण सटीकता नहीं है, लेकिन वेग माप है। वर्तमान में शोर का यह स्तर रोबोट पर सटीक स्थिति और वेग नियंत्रण करना असंभव बना रहा है।

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जोड़ा गया:

योजनाबद्ध। क्षमा करें यह थोड़ा तंग है, लेकिन आप केवल मूल्यों को पढ़ सकते हैं।

Comments

इसके अलावा, नेट-लेबल का उपयोग रोकें! आपका सर्किट कहीं भी जटिल नहीं है, जिसकी उन्हें आवश्यकता है, और वास्तव में कनेक्शन नहीं दिखाने से, आप कनेक्शन को ट्रेस करना अधिक कठिन बना देते हैं। फिर, योजनाबद्ध का उद्देश्य सर्किट के इच्छित कार्य और कार्यक्षमता को नेत्रहीन रूप से स्पष्ट करना है । फिर आप कंप्यूटर को उपकरणों के वास्तविक भौतिक लेआउट में दृश्य प्रतिनिधित्व का अनुवाद करने देते हैं (जो कुछ कंप्यूटर बहुत अच्छे हैं)।

— कॉनर वुल्फ

@Rocketmagnet - वे निश्चित रूप से सर्किट ड्राइंग करने वाले व्यक्ति के लिए सहायक हैं । वे हर किसी के लिए पूरी तरह से घृणित हैं ।

— कॉनर वुल्फ

इसके अलावा, यदि आपको अंतरिक्ष-बाधाओं के कारण मार्ग के तारों की आवश्यकता के साथ समस्या हो रही है, तो आपको अल्टियम में पिन-स्वैपिंग कार्यों को देखने की सख्त आवश्यकता है । मूल रूप से, आप पिंस को निर्दिष्ट कर सकते हैं जो घटक परिभाषा (IE विभिन्न IO पिंस) में कार्यात्मक रूप से स्वैपेबल हैं, और फिर जब आप पीसीबी को रूट कर रहे हैं, तो आप किसी भी ऐसे पिन को ट्रेस चला सकते हैं जो काम करेगा, बल्कि केवल एक। आपने योजनाबद्ध में निर्दिष्ट किया है। फिर, आप पीसीबी में चुनी गई राउटिंग को योजनाबद्ध में सिंक्रनाइज़ कर सकते हैं।

— कॉनर वुल्फ

@FakeName, लेबलों के साथ जुड़ने के दौरान सर्किट का पालन करना कठिन हो सकता है, हर प्रतीक को फिर से बनाना एक अच्छी और सीधी योजना के साथ शुद्ध और स्वच्छ योजनाबद्ध बनाने के लिए आसानी से योजनाबद्ध प्रविष्टि करने के लिए समय को चौगुना कर सकता है। मैं एक आदर्श योजनाबद्ध देखना पसंद करूंगा, मुझे यकीन नहीं है कि इसकी यथार्थवादी मांग एक होगी।

— फोटॉन

@Rocketmagnet, एक बहुत छोटे पीसीबी क्षेत्र होने का मतलब यह नहीं है कि आप D- आकार के कागज पर अपने योजनाबद्ध को आकर्षित नहीं कर सकते हैं।

— फोटॉन

Answer 1

आपको हमेशा ADC पर कुछ शोर होगा, विशेष रूप से SA (क्रमिक अनुमोदन) माइक्रोकंट्रोलर डाई पर। सिग्मा-डेल्टा गॉसियन शोर के लिए बेहतर प्रदर्शन करते हैं, क्योंकि वे इसे एकीकृत करते हैं। 12-बिट ADC से 12 ENOB की अपेक्षा न करें।

नियंत्रक का शोर एक कारण है कि अधिकांश माइक्रोकंट्रोलर आपको 10 बिट से अधिक रिज़ॉल्यूशन नहीं देते हैं, और एवीआर एडीसी के अधिग्रहण के दौरान माइक्रोकंट्रोलर को रोकने की संभावना प्रदान करता है, जो यह पुष्टि करता है कि कम से कम शोर नियंत्रक से आता है ।

लेकिन सवाल यह है: क्या आप परवाह करते हैं? 12-बिट एडीसी पर 1.5 बिट शोर अभी भी आपको 10 से अधिक बिट्स, या 0.1% से बेहतर छोड़ देता है। आपका हॉल सेंसर कितना सही है? सर्किट में अन्य घटक?

संपादित करें
आप PSoC के आंतरिक ऑसिलेटर का उपयोग करते हैं, क्योंकि मुझे योजनाबद्ध पर कोई क्रिस्टल दिखाई नहीं देता है। यह ठीक लग रहा है: आपके पास उचित डिकॉउलिंग है। आंतरिक घड़ी के अलावा सर्किट में एकमात्र उच्च गति वाला हिस्सा एसपीआई लगता है, लेकिन आप कहते हैं कि यह माप के दौरान चुप हो जाएगा। बाकी बोर्ड डीसी या शायद हॉल इफेक्ट सेंसर की तरह अपेक्षाकृत कम अक्सर होते हैं। और यह बहुत छोटा है, जो मदद भी करता है: छोटे निशान कम शोर उठाते हैं। यकीन है कि मैं MCP1702 के बारे में नाइटपिक कर सकता हूं, जिसे मैं 90 ° CCW घुमाऊंगा ताकि आउटपुट कैपेसिटर को पिन के करीब भी रखा जा सके, लेकिन यह समस्याओं को हल नहीं करेगा।

मुझे केवल लेआउट में एक परिवर्तन दिखाई देता है जो आपके S / N अनुपात में सुधार कर सकता है:

डेटशीट स्प्लिट एनालॉग और डिजिटल ग्राउंड प्लेन में "ऑप्टिमल एनालॉग परफॉर्मेंस" (पेज 10) के लिए सुझाव दिए गए हैं।

बाकी के लिए: यह एक छोटा सा बोर्ड है जैसा मैंने कहा, इसका मतलब है कि कुछ मिमी के भीतर छोटे निशान और डीकोपिंग। इसलिए मैं शोर के स्रोत पर एक और नज़र डालना चाहूंगा। मुख्य संदिग्ध PSoC की घड़ी है। PSoC बहुत कम आपूर्ति वोल्टेज चला सकता है, और इससे इसका शोर कम होगा। यदि वीडीडीए को कम किया जाना है तो निश्चित रूप से यह बहुत मदद करेगा, लेकिन मैंने कहीं भी डेटाशीट में नहीं पढ़ा कि वीडीए वीडीएडी से अधिक नहीं होना चाहिए।

इसके बाद, ए.डी.सी. डेटाशीट के पेज 55 पर लिखा है कि 66 डीबी सिनड, यह 11 बिट्स है, जो आपको अभी मिलता है। A1324 डेटापत्रक हमें 7 mVpp शोर 2.5 वी के भी इस बात का एक मौन वोल्टेज पर देता है अब तक 72 डीबी S / N अनुपात की तुलना में कम है जो 12 बिट आप दे सकते हैं। आप अतिरिक्त फ़िल्टरिंग के साथ इसे थोड़ा सुधार सकते हैं।

आप MCP3208 के बेहतर प्रदर्शन का उल्लेख करते हैं, लेकिन वह एक ADC है जो माइक्रोकंट्रोलर से दूर है, और यह समझा सकता है कि कैसे SAC एक ही संकल्प के साथ एक सिग्मा-डेल्टा से बेहतर कर सकता है।

इसलिए, जो विकल्प मैं देख रहा हूं: डिजिटल बिजली की आपूर्ति वोल्टेज को कम करें और एनालॉग और डिजिटल आधार को विभाजित करें।

Comments

यह PSoC के डिजिटल आपूर्ति वोल्टेज को कम करने के बारे में एक बहुत ही दिलचस्प विचार है। VDDA निश्चित रूप से VDDD से अधिक हो सकता है।

— राकेटमग्नेट

तो, क्या आपको लगता है कि मुझे थर्मल पैड से वीएसएसए को डिस्कनेक्ट करना चाहिए? मैंने वास्तव में इसे बिल्कुल नए प्रश्न के रूप में पोस्ट किया है ।

— राकेटमग्नेट

Answer 2

मैं उपरोक्त से सहमत हूं। 1.5LSB शोर बहुत उचित है। http://www.cypress.com/?docID=39346 ENOB = 10.7 का सुझाव देते हुए 12 बिट मोड में 66 dB का न्यूनतम SINAD दिखाता है।

मुझे पता है कि यह आपके सवाल का सीधा जवाब नहीं है, लेकिन मैं इस सवाल की व्याख्या करने जा रहा हूं कि "मैं अपनी समस्याओं को वेग नियंत्रण से कैसे ठीक करूं?" और नहीं "मैं 10.5 से अधिक ENOB कैसे प्राप्त करूं?"।

आप कैसे अंतर कर रहे हैं? क्या आपके पास दो-बिंदु केंद्रीय अंतर की तुलना में एक बाल चिकनी करने के लिए पर्याप्त अतिरिक्त घड़ी टिक है? हो सकता है कि कुछ 5 नमूने विस्तृत काम करें, मतलब में अनुकूलित?

इसके अलावा, यह थोड़ा अजीब लग सकता है, लेकिन जब आप तेजी से नमूना लेते हैं तो वेग शोर खराब हो जाता है

$$\frac{1LSB}{\Delta t}$$

अपमानजनक नहीं है, लेकिन यह भी सुनिश्चित करने के लिए एक त्वरित नज़र डालें कि आपके वेग नियंत्रण में कुछ भी मूर्खतापूर्ण नहीं चल रहा है, जैसे कि हस्ताक्षरित और अहस्ताक्षरित पूर्णांकों के बीच रूपांतरण के साथ समस्याएँ, और सुनिश्चित करें कि आपके पूर्णांक चौड़े हैं जो आपके द्वारा ओवरफ़्लो त्रुटियों से बचने के लिए पर्याप्त हैं । मेरे स्वयं के नियंत्रण समीकरण अक्सर जटिल हो जाते हैं कि मैं कभी-कभी प्रत्येक ऑपरेशन को स्पष्ट रूप से डाल देता हूं।

अंत में, हालांकि शायद सबसे अधिक संभावना है, क्या आप पूर्ण पैमाने पर पास नहीं बढ़ाकर शीर्ष से प्रभावी बिट्स खो रहे हैं? यदि ऐसा है, तो आप एक छोटे Vref को बढ़ा या बढ़ा सकते हैं।

Comments

हम अल्फा बीटा फ़िल्टर का उपयोग करके स्थिति और वेग की गणना कर रहे हैं । मैं समझता हूँ कि यदि शोर भली प्रकार किया जाए तो वेग का शोर बढ़ जाता है। मुझे यकीन है कि एक शोर त्रुटि के कारण वेग शोर नहीं है। और हम पहले से ही लगभग पूर्ण पैमाने पर हैं, इसलिए कोई भी अधिक प्रवर्धन नहीं है जो मैं सीमा के ऊपर या नीचे मारने के जोखिम के बिना कर सकता हूं।

— राकेटमग्नेट

क्या आप कहेंगे कि मैं लेआउट में कोई सुधार नहीं कर सकता हूं?

— राकेटमग्नेट

अभी तक कुछ भी नहीं देख सकता। आप हॉल सेंसर को कैसे बढ़ा रहे हैं? क्या आपने वास्तव में एबी फिल्टर के आउटपुट को देखा है और एक्न को रियलिटी चेक के रूप में नियंत्रित किया है? अपने नियामक बाहरी पर शोर में झाँक? यह पूरे सिस्टम के लिए एक औपचारिक शोर बजट करने के लिए रोशन हो सकता है

— स्कॉट सीडमैन

परंतु! डिफरेंशियल मोड का दूसरा फायदा यह है कि यह मुझे सैंपल रेट 4x से टक्कर देता है, इसलिए मैं ओवरसैंपलिंग कर सकता हूं। इससे शोर को थोड़ा कम करना चाहिए।

— रॉकेटमेग्नेट

हो सकता है कि Vref पर बाईपास कैप (यह सुनिश्चित न करें कि यह कैसे करना है, इसकी डेटशीट में)। इसके अलावा, मुझे लगता है कि आप बेहद करीब हैं, यदि नहीं, तो 12 बिट पर PSOC 3 ADC के लिए आदर्श ENOB, इसलिए आप जितना कर सकते हैं उतना अच्छा किया है!

— स्कॉट सीडमैन