Разделение цифровой и аналоговой частей, терминирующие резисторы SD-карты и SPI Опции

[bbot]

Добрый день, буду признателен, если поможете разобраться с аналоговой частью, SPI и шиной SD-карты. Плата 4-слойная, на первом скриншоте обозначены основные компоненты: 1) микроконтроллер, 2) Wi-Fi-модуль, 3) SD-карта, 4) аналоговая часть, на которой располагаются операционники, компаратор, а также туда налезает цифровой потенциометр, 5) импульсные регуляторы напряжения, 6) линейные регуляторы для аналоговой части.

Соответственно меня интересуют следующие моменты.
1. Имеет ли смысл отделить аналоговую часть вырезом в земляном полигоне (виден на первом скриншоте, на перешейке располагаются линейные регуляторы, от которых запитываются операционники)?

2. Имеет ли смысл располагать компаратор на аналоговой земле? Дело в том, что к нему подходит проводник от термистора с верхней части платы (второй скриншот, толстая синяя линия под импульсниками). Как этот проводник не поведи, он будет лежать либо под импульсниками, либо нырять через скоростные цепи SPI, шину SD-карты. Да и выход компаратора возвращается обратно в верхнюю часть платы.

Тут же подвопрос: второй вывод термистора воткнуть в полигон земли как можно ближе к термистору или довести этот земляной проводник до компаратора?

3. SD-карту планирую запустить по параллельной шине на 48 МГц. Получится ли это с такой трассировкой (второй скриншот)? Нужны ли терминирующие резисторы в цепях тактирования или шины данных, имеет ли смысл проводить guard trace (как это по-русски)? Длина CLK — 29 мм, SD0 и SD1 — 37 мм, SD2 и SD3 — 31 мм.

4. На третьем скриншоте подсвечены две шины SPI: одна подключена к Wi-Fi модулю, частота тактирования — 20 МГц, а вторая подключена к разъему и цифровому потенциометру, частота тактирования — 40 МГц. По первому SPI вопрос, как и по шине SD-карты, про терминирующие резисторы.

Со вторым SPI посложнее. Длина проводников от микроконтроллера до разъема — около 70 мм, на разъем будет устанавливаться плата, которая добавит еще 50—60 мм к проводникам. Имеет ли смысл озаботиться согласующими резисторами на шине?

Цифровой потенциометр участвует в обратной связи операционника, не будет ли он шуметь, будучи подключенным к скоростному SPI? Какие есть способы уменьшить его влияение?



Сообщение отредактировал bbot - Feb 8 2016, 10:17

[bbot]

Спасибо за рекомендации, в продолжение хочу уточнить ситуацию с SPI для модуля Wi-Fi. У меня есть плата (тоже 4-слойная) со схожей трассировкой шины, длина цепей SCK, MOSI и MISO примерно 60 мм (на новой плате длина указанных цепей составит примерно 50 мм). Все проводники SPI как на имеющейся, так и на новой плате имеют по два переходных отверстия.

Осциллограмма сигнала SCK имеющейся платы прикреплена ниже, на ней меня смущает высокий уровень - 4В при напряжении питания 3,3В. В чем причина такого скачка, и как его избежать на новой плате? Мне представляется даже страшным не сам скачок до 4,24В, а то, что установившийся уровень после него равен 3,9В. В цепях данных установившееся значение составляет 3,8В.

Длина проводника оказалась на грани значения, определяющего этот проводник как элемент с сосредоточенными параметрами (но с высокой добротностью) или как элемент с распределенными параметрами. Как я понимаю, одно из решений, подходящих в обоих случаях - установить согласующий резистор у источника сигнала. Вопрос, как повлияют на это решение переходные отверстия, критично ли их расположение до (или после) переходных, или этим можно пренебречь? И так ли важна в данном случае установка именно у источника?

[aaarrr]

...при напряжении питания 3,3В ...установившийся уровень равен 3,9В

Так не бывает. Или питание не 3.3В (например, натекает откуда-нибудь), или измерено некорректно.

[bbot]

На первой осциллограмме - желтый SCK, синий MOSI - к предыдущему сообщению.

Такой вольтаже у меня не только на SPI. Например, на второй осциллограмме снят сигнал, генерируемый модулем. Длина его фронта меньше 5 нс - тоже есть скачок до 4 В и медленный спад до напряжения питания. Как видно, 40 мкс не хватило, чтобы спуститься до 3,3 В, что уж тогда говорить об уровне напряжения сигнала тактирования, который длиться 25 нс.

[ViKo]

Такой вольтаже у меня не только на SPI. Например, на второй осциллограмме снят сигнал, генерируемый модулем. Длина его фронта меньше 5 нс - тоже есть скачок до 4 В и медленный спад до напряжения питания. Как видно, 40 мкс не хватило, чтобы спуститься до 3,3 В, что уж тогда говорить об уровне напряжения сигнала тактирования, который длиться 25 нс.

А частотную компенсацию пробника вы сделали? Там отверточкой покрутить надо, подключившись к выходу 1 kHz на осциллографе, или CAL, или еще как-нибудь...
Постоянное напряжения (питание, например) хоть правильно показывает?

Тоже не раз видел подобные сигналы, правда не на SPI, а на интерфейсе SD-Card, хотя там тоже некая разновидность SPI... Так вот, сигналы реально прыгали выше 4-х вольт и вдобавок выглядели преотвратно...

от-ра-же-ни-я

Блин... Я уже начинаю бояться метрового SPI на 20+ потребителей в текущем проекте

Есть чего бояться.

[Uree]

от-ра-же-ни-я

На 40МГц при суммарной длине трасс около 50мм? Да, фронты могут быть крутыми, но не настолько, чтобы при такой топологии с последовательными резисторами в линиях начинать вылезать отражениям:

[ViKo]

На 40МГц при суммарной длине трасс около 50мм? Да, фронты могут быть крутыми, но не настолько, чтобы при такой топологии с последовательными резисторами в линиях начинать вылезать отражениям:

Частота сигнала не при чем. Важны длительности фронтов/срезов. Если время распространения сигнала по дорожке туда плюс обратно больше длительности фронта, будем иметь выбросы/провалы.
Но у вас, скорее всего, другое явление. Земля пробника была подключена крокодилом на проводе, из-за индуктивности которого возникали колебания наблюдаемого сигнала.

Иголкой земляной на пробнике пользуйтесь.
И, да, что там насчет земли на плате? Плохой землей, плохим путем возвратного тока тоже можно попортить сигнал.