¿Son buenos estos diseños de pcb?

Estoy trabajando en una interfaz de audio USB; la placa tiene una sección analógica, con amplificadores y filtros para las señales de entrada y salida, una sección digital, con el DAC, ADC y el microcontrolador que controlará ambos circuitos integrados, y una fuente de alimentación, que genera todos los voltajes necesarios para todo el circuito (suministro dual para amplificadores operacionales, 5 voltios para micro e IC).

He estado luchando toda la semana para juntar todo esto en una sola PCB de 2 capas, pero finalmente un diseño modular me parece una mejor solución; es más fácil diseñar un solo módulo y será más fácil depurarlo más tarde.

He leído un montón de cosas similares en Internet, sobre consideraciones de diseño de señal mixta, y he tratado de tener en cuenta esas consideraciones durante el diseño final. La separación de terrenos parece ser lo principal a tener en cuenta; ahora, estoy usando una fuente de alimentación aislada y dedicada que proporciona energía a todos los circuitos, y está diseñada para que las conexiones a tierra digitales y analógicas sean las mismas; pero, dado que me estoy volviendo modular, puede haber una separación real de terrenos entre los bloques de construcción de este circuito.

Basta de hablar. Me gustaría que echaras un vistazo a los primeros módulos que he terminado, que son la fuente de alimentación y el filtro del preamplificador ADC.

La fuente de alimentación genera +/9 V, +5 V y una referencia de voltaje de +2,5 V utilizada en el filtro del preamplificador; utiliza un convertidor CC-CC Murata que toma 12 V y escupe +/9 V a +/-111 mA; el riel de +9V está conectado a un par de LDO, uno que genera +5V y otro que genera una referencia de voltaje en serie precisa de +2.5V, que se usa para polarizar el filtro de entrada para el ADC. Separé la tierra de entrada de la tierra convertida CC-CC, ya que es un convertidor de tipo aislado. Cosí todo el plano de tierra para reducir su impedancia total. La MCU necesita 5 V, 30 mA máx. y tiene un regulador de 3,3 V; el DAC y el ADC obtienen 5V y 3.3V, y juntos consumen 60 mA máx.; ¿Serán suficientes los 21 mA restantes para alimentar cuatro MC33078 y dos AD797? (dos MC33078 son para el filtro de entrada, los otros dos con los dos AD797 son para el filtro de salida).

Esquema y PCB:

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

El otro módulo que he logrado terminar es el preamplificador de filtro ADC; es un filtro/búfer de receptor de línea balanceada estéreo para balancear; solo recibe un par de señales de audio balanceadas y filtra el ruido no deseado de ellas, alimentando los receptores diferenciales del ADC. Este fue en realidad más difícil; Pensé que usar la capa superior para acomodar dos planos de potencia (la parte superior es +9V, la parte inferior es -9V), mientras que usar el plano inferior para el plano de tierra era la mejor solución, en términos de facilidad de diseño y en términos de espacio de pcb requerido. Tenía algunas dudas sobre el rastro de +2.5 V que pasaba por debajo de esos componentes 1206, pero esa era la única forma que tenía de enrutarlo; También tengo algunas dudas sobre la necesidad de tapas de desacoplamiento electrolíticas de 10uF cerca del conector de la fuente de alimentación, y de la tapa de desacoplamiento de 1uF más pequeña entre 2+5V y tierra, cerca de los amplificadores operacionales.

Esquema y PCB:

ingrese la descripción de la imagen aquí ingrese la descripción de la imagen aquí

Tenga en cuenta que este es el primer diseño de circuito bien pensado que estoy haciendo, y probablemente sea el segundo circuito que estoy haciendo que realmente se imprimirá y completará. Además, el circuito del filtro no fue diseñado por mí, sino que fue el filtro de referencia sugerido diseñado en el esquema ADC. En el caso de que la fuente de alimentación no proporcione suficiente energía al circuito, puedo usar fácilmente una fuente de alimentación ATX para alimentar todo, al menos por el bien de la creación de prototipos. ¡Cualquier ayuda, sugerencia, crítica o lo que sea es realmente apreciada!

Respuestas (1)

Permítanme comenzar diciendo que no he hecho una revisión completa de su diseño. Hacer eso correctamente tomaría horas, y simplemente no tengo ese tipo de tiempo en este momento. Dado eso, a continuación están mis comentarios sin ningún orden en particular.

  • Necesita mucha más capacitancia en la entrada de energía y las salidas de +/- 9v de su convertidor. Recomendaría algo en el rango de 22-100 uF. Lo que tiene allí es un regulador de conmutación y necesita algunas tapas para mantenerlo alimentado y suavizar la ondulación de salida. También aumentaría el tamaño de las tapas en el lado de "salida" de los inductores a al menos 10 uF. 22 uF sería mejor.

  • El REF5025 necesita un límite de 22 uF en la salida, según la hoja de datos de TI. Además, si pretende que esto sea de bajo ruido, entonces el chip debe ubicarse en la misma PCB, e idealmente justo al lado del chip que necesita los 2.5v.

  • El LP2985, el regulador de +5v, necesita (adivinaste) más tapones. Al menos 10 uF, 22+ uF sería mejor.

  • El filtrado de su preamplificador filtrará bastante bien el ruido. Desafortunadamente, también filtrará su señal. Tiene una frecuencia de corte cercana o inferior a 1 KHz. Probablemente quieras algo más. Aquí está la respuesta de frecuencia de mis propias simulaciones.ingrese la descripción de la imagen aquí

  • Debe colocar sus preamplificadores en la misma PCB que los ADC, para obtener el menor ruido.

  • Considere eliminar el filtro de 22 ohmios + 4,7 nF en la salida de sus preamplificadores, pero consulte las notas de la aplicación para el ADC y siga sus recomendaciones para el filtrado. Según el ADC, esto podría aumentar el ruido total.

Eso es todo lo que tengo ahora. Básicamente: más tapas y menos PCB.

Ok para los límites de desacoplamiento, aparte de cambiar sus valores en Eagle, eso no es un gran problema. Para el asunto de todo en una sola pcb, en realidad estoy diseñando esto como una PCB panelizada, como si todo fuera a estar en la misma PCB; Seguramente pondré un montón de resistencias de 0 ohmios que unirán los diferentes módulos, probado que funcionan bien. Para el filtro, el simulador SPICE muestra que la respuesta de frecuencia está muy por encima de -3dB de 15 Hz a 1 MHz, que es lo que recomiendan las especificaciones de ADC. ¡Gracias por tu ayuda! :)
@MickMad ​​Verifique sus simulaciones nuevamente. El filtro 1K+0.1uF solo en la entrada comenzará a funcionar a 1 KHz. Actualicé mi respuesta que muestra el gráfico de respuesta de frecuencia de mi simulación de todo el circuito de preamplificador. Estás a -6 dB a 1,6 KHz. A 10 KHz estás a -16 dB, a 20 KHz estás abajo -22 dB.
¡Tienes toda la razón! Estaba mirando las simulaciones del filtro de salida DAC, que tiene una banda muy grande; como dije, tomé ambos filtros de referencia de las hojas de datos; desafortunadamente, ¡tenía los límites de entrada y retroalimentación para el filtro ADC totalmente incorrectos! Seguí copiando ese límite de 1uF en todo el diseño; la tapa del filtro de entrada recomendada es 820pF, la de retroalimentación es 180pF. ¡Esto da una banda de salida muy amplia! ¡Muchas gracias por señalar esto! Publicaré el diseño del filtro de salida y de los dos convertidores lo antes posible.