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如何设计原理图:为自定义PCB倾角仪创建路线图

助工
2019-01-10 10:16:32    评分

如何为自定义PCB创建原理图?本文将讨论使用测斜仪子系统示例设计电路板原理图的步骤。

我最近为测斜仪子系统设计了一个定制PCB。在本文中,我们将讨论如何设计功能原理图,这是任何成功项目的第一步。 

在大多数设计中,部件是根据可用性,成本,可靠性等要求选择的。然而,重要的是要注意,AAC项目的设计本质上是教育性和公正性的,因此您的部件选择和设计可能因您的而异。需求和偏好。

让我们逐节介绍这个大型的原理图,从电源开始。

 

功率

该项目由连接到壁式电源的直流电源插座提供9-12V直流电源。如果墙壁电源太嘈杂,我可以用实验室级电源或电池组替换它。设计选用了一个低调的3.5mm DC桶形插孔,因为它是电路板上其他高元件的大致高度。

有三个Texas Instrument TPS709xx LDO可提供2.5V,3.3V和5.0V数字 电压轨,而LT1027LS8则是用于提供5V模拟电源轨的电压参考芯片。

在没有支持电路的情况下,电压参考通常不直接为IC供电。然而,对该IC的要求完全在其当前的采购能力范围内,安全系数为2-3。它将支持SCA103T-DO4(最大功耗5 mA)和LTC2380-24的IRef(最大2.1 mA),并且能够提供15 mA电流。最大值在数据表中提供,典型值略小于上面列出的数字。

的LT1027具有降噪销可连接到一个聚酯薄膜电容器。该电容将显着降低LT1027LS8在10Hz至1kHz带宽内的宽带噪声。电容器有一个保护环,其电压由电阻分压电路决定。根据相关数据表中的建议,将电容器添加到输入和输出中。

 

原理图的功率部分。

 

作为一个说明,既然我已经完成了这个委员会,我就有后见之明的好处。如果我要再次使用这个电路,我可能会选择一种不同的VREF设计,包括VREF和测斜仪/ ADC之间的缓冲器。  

 

USB转UART转换器

此原理图中使用的CP2102N USB-to-UART转换器与我在过去的设计中使用的电路相同。(您可以找到这些文章的详细信息:  建立一个电容性触摸接口与德州仪器IC MSP430,项目故障排除的故事。) 

请记住,首次从基于Windows的计算机对CP2102N进行编程时,请使用USB2.0端口。Windows无法从USB3.0端口正确枚举设备。

D2为USB板输入提供ESD保护,D3提供UART数据确实在CP2102N和MSP430之间移动的指示。必须将CP2101N GPIO0和GPIO1输出调整为Simplicity Studio中的“备用功能”,以启用D3指示灯LED。根据数据表建议,提供去耦电容和电阻分压器。

 

这是启动整个项目的IC。muRata的Ville Nurmiainen为这个项目慷慨地提供了SCA103T。 

 

该村田SCA103T-D04有一个内置的11位ADC,我没有用。尽管如此,试验可能会很有趣,所以我提供了四个测试垫以备将来使用。  

该IC具有两个自测引脚,可控制两个不同内部传感器的自检功能。这些自测引脚连接到SCA103T-D04中的两个独立传感通道。当激活时,IC产生静电力,使每个传感元件内的检测质量偏转。力将质量移位到其上限,并且该通道的输出接近其最大值。数据表显示两个自测引脚不应同时激活,因此我采用了TI TS5A3357  SP3T IC来主动防止它。该开关的逻辑图如下所示。

 

TS5A3357交换机的逻辑图。

 

芯片提供三个常开输出,连接到公共线,因此计划使用MSP430的两个GPIO引脚来控制TS5A3357。反过来,TSA5A3357控制SCA103T的自检功能,以及可以编程方式用于指示通过或失败条件的状态指示灯LED,可能带有稳定或闪烁的LED。

倾斜仪具有两个加速度传感器,这两个加速度传感器排成一行,但指向相反的方向,提供差分输出。根据数据表建议,单极RC滤波器(fc = 3.1kHz)用于“最小化每个输出上的时钟噪声”。

 

信号缓冲器和模数转换器

信号缓冲器和低通滤波器

 

在来自倾角仪的信号通过低通滤波器后,它们进入AD8244信号缓冲器。该单位增益四运放将SCA103T输出与LTC2380输入隔离。

逐次逼近寄存器可以干扰它们试图量化的信号。添加此设备允许倾斜仪向缓冲器的高阻抗侧提供模拟信号。无论电流需求如何,低阻抗输出缓冲器都能够为SAR ADC提供相同的信号电压。

根据数据表建议,缓冲器和ADC之间包含一个额外的滤波器。

 

MSP430FR2633

MSP430部分设计原理图

 

我在过去的几个项目中使用了MSP430FR2633 IC,并计划在未来项目中继续包含产品系列中的内容,同时我在Code Composer Studio中了解更多有关编程的知识。 

有几种具有电容功能的触针可用以及多种GPIO。由于ADC没有SPI MOSI引脚,ADC的SPI输出馈入MSP430,MCU的SPI输出馈送板外连接器。未来的功能可能包括某种显示。

在编程期间使用S1来选择MCU(编程器或电路板)的电压参考。德州仪器(TI)在MSP430数据表中建议使用S2开关去耦电阻值。

 

固件编程

该设备的固件将在以后的文章中介绍,但原理图设计确定哪些引脚连接到哪个网络,现在是将设计选项合并到固件中的任何时间。MSP430使用存储器寄存器来控制引脚。因此,每个引脚对应于寄存器中的一个位,稍后我将与之交互。

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