3 kinetis 外圍模塊

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1、第12頁中國工程機器人大賽技術報告3Kinetis外圍模塊3.1PCB本章介紹采用KinetisMCU時進行硬件設計的最佳做法。構建系統(tǒng)時，設計人員必須考慮許多方面，使得性能、成本和質量滿足最終用戶的期望。性能通常涉及到高速數字信號處理，但也適用于模擬信號的精確采樣。成本受元件選擇的影響，其中PCB可能是最昂貴的元件。質量包括產品的可制造性、可靠性以及是否符合行業(yè)或政府標準。3.2電源域許多系統(tǒng)雖然只有一個電源電壓，但電源通常包括“純凈”部分和“噪聲”部分?！凹儍簟焙汀霸肼暋钡亩x不重要，重要的是一個部分的噪聲不應干擾其他部分。一般而言，交流電源應與直流電源分開，數字部分應與模擬部分分開。飛

2、思卡爾應用筆記AN2764“提高基于微控制器應用的瞬變抑制性能”詳細說明了電源域隔離?；驹硎窃诓煌娫从蛑g放置一個低通濾波器。交流電源域應在物理上與直流電源域隔離。必要時，分隔不同直流功能塊（電源域）應使用物理隔離或去耦濾波器(圖2-1)。注意，塔式系統(tǒng)板使用多個去耦濾波器來分隔數字和模擬域。還應注意，很多應用可能不需要去耦，不同域的物理分隔即足夠。通常，去耦網絡串聯元件是小電感或阻抗較?。?00MHz時約100Ω）的鐵氧體磁珠。電容一般是10nF到1uF，濾波器兩端不必是相同的值；具有高頻成分的一端應選擇較低的值。3.2.1電源布線電源和地到數字系統(tǒng)的布線是很多教科書和參考文獻討論和

3、爭議的話題?；舅枷胧谴_保MCU和其他數字器件通過低阻抗路徑接至電源。對于一層和兩層PCB，典型原則是使用寬走線和較少的層變換。對于當今的高速第12頁中國工程機器人大賽技術報告MCU，建議遵循高速微處理器系統(tǒng)的原則，更具體來說是使用電源層和接地層。這可能會提高PCB成本，但好處是可以降低串擾和RF輻射，改善瞬變抑制性能，降低整體生產和維護成本。一般來說，接地布線應優(yōu)先于任何其他布線。接地層或走線決不能被信號斷開。對于帶引腳的封裝，例如LQFP，建議在MCU封裝的正下方使用一個接地層，以便降低RF輻射并提高瞬變抑制性能。MCU的所有VSS引腳都應連接到接地層。從接地層上來的走線連接到上層和下層

4、的信號層時，應盡可能短。電源層可以中斷以提供不同的電壓。MCU的所有VDD引腳都應連接到適當的電源層。來自電源層的走線連接到頂層和底層上的電路（上拉電阻、濾波器、其他邏輯和驅動器）時，應盡可能短。更多信息參見下面的PCB層堆疊部分。3.2.2電源去耦和濾波如電源域部分所述，不同域使用去耦網絡來分隔。旁路電容（也稱為去耦電容）是電荷存儲元件，用于提供高速數字電路所需的瞬時能量。電源旁路電容必須靠近MCU電源引腳放置?；驹硎桥月冯娙轂镸CU內部的每次邏輯轉換提供瞬時電流。幸好，每個KinetisMCU都內置一個用于內核邏輯的低壓調節(jié)器，因而內部高速邏輯的突發(fā)電流需求不是很關鍵。但是，外部信號

5、從一個邏輯電平轉換到另一個邏輯電平時，需要電源軌提供能量。旁路電容提供本地濾波，外部引腳變換的影響不會反映到電源上，因而不會引起RF輻射。旁路電容盡可能靠近MCU放置的基本規(guī)則仍然適用，目的是最大限度地縮小VDD和VSS引腳之間的電容所形成的環(huán)路。此規(guī)則的實施取決于安裝層數、電源布線和電容的物理尺寸：?安裝層數–器件僅安裝在正面的PCB，由于很多器件都需要空間，因而對旁路電容的靠近程度有較大限制。器件安裝在正反兩面上的PCB，允許旁路電容靠得更近。?電源布線–對于球柵陣列(BGA)封裝，所有VDD/VSS對都布線連接到封裝下面的其他層。這樣更容易將VDD第12頁中國工程機器人大賽技術報告?電

6、源布線–對于四方扁平(QFP)封裝，電源引腳可以利用走線徑向提供給MCU，而不需要從電源層提供。雖然將旁路電容靠近VDD和VSS引腳放置在通向MCU的走線上已經足夠，但更好的做法是將旁路電容的接地端連接到靠近VSS引腳的接地層（通過過孔和短走線），將VDD端連接到靠近VDD引腳的電源層（通過過孔和短走線）。3.3振蕩器KinetisMCU利用內部數字控制振蕩器(DCO)啟動以控制總線時鐘，然后根據需要，利用軟件使能一個或兩個外部振蕩器。多用途時鐘發(fā)生器(MCG)模塊的外部振蕩器可以是頻率范圍從32.768Khz到32Mhz之間的晶體或陶瓷諧振器。實時時鐘(RTC)模塊的外部振蕩器是32.76

7、8kHz晶體。3.3.1RTC振蕩器RTC振蕩器連接到EXTAL32和XTAL32引腳，是最簡單的布線。這兩個引腳均位于BGA封裝的外環(huán)焊盤上，因而可將該晶體放在PCB的頂層上，靠近MCU。該振蕩器不需要任何其他外部元件，因此布線是從晶體直接連到MCU引腳。第12頁中國工程機器人大賽技術報告32.768kHz晶體有含引腳圓柱形和表貼兩種封裝，建議使用圓柱形封裝以簡化晶體的放置和布線。EXTAL32和XTAL3