使用测斜仪子系统示例设计电路板原理图的步骤分析

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。但值得注意的是，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会根据您的需求和偏好而有所不同。

让我们逐节完成这个大型的原理图。 ，从电源开始。

电源

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。

有三台德州仪器TPS709xx LDO提供2.5V，3.3V和5.0V数字轨，而LT1027LS8是用于提供5V模拟轨的电压基准芯片。

电压基准通常不直接为没有支持电路的IC供电。但是，对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。数据表中提供了最大值，典型值略小于上面列出的数值。

LT1027的降噪引脚可以连接到聚酯薄膜电容器。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。电容器按照相关数据表中的建议添加到输入和输出中。

原理图的功率部分。点击放大。

作为一个说明，既然我已经完成了这个板，我就有了后见之明的好处。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-to-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。 （您可以在以下文章中找到更多信息：使用德州仪器MSP430构建电容式触摸界面，项目故障排除故事。）

请记住，首次将CP2102N从基于Windows的计算机编程到使用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。点击放大。

muRata SCA103T -D04有一个我没有使用的内置11位ADC。不过，实验可能会很有趣，所以我提供了四个测试垫，以备将来使用。

IC有两个自检脚，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 TS5A3357SP3T IC来主动防止它。此开关的逻辑图如下所示。

TS5A3357交换机的逻辑图  

该IC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。

倾角仪有两个加速度传感器排成一列，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

来自测斜仪的信号通过低通滤波器后，进入AD8244信号缓冲器。该单位增益四通道运算放大器将SCA103T输出与LTC2380输入隔离。

逐次逼近寄存器可能会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向SAR ADC提供相同的信号电压。

根据数据表建议，缓冲器和ADC之间还包括一个额外的滤波器。

MSP430FR2633

MSP430部分原理图设计

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，同时我了解更多信息在Code Composer Studio中编程。

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，因此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）的参考电压。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，现在是合适的时间。设计选择固件。 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，我将在稍后与之交互。

#define UART_RX_PIN BIT5 // P2.5 eUSCI_A1

#define UART_TX_PIN BIT6 // P2.6 eUSCI_A1

#define SPI_EN_PIN BIT0 // P1.0 eUSCI_B0 -- not used

#define SPI_CLK_PIN BIT1 // P1.1 eUSCI_B0

#define SPI_MOSI_PIN BIT2 // P1.2 eUSCI_B0 -- not used yet

#define SPI_MISO_PIN BIT3 // P1.3 eUSCI_B0

#define ADC24_RDL BIT0 // P3.0 set low always

#define ADC24_CNV BIT1 // P3.1 L-》H-》L （20 ns） to convert

#define ADC24_BUSY BIT4 // P2.4 goes low after conversion

#define ST_IN1 BIT0 // 3PST switch input 0

#define ST_IN2 BIT1 // 3PST switch input 1

可下载的原理图

本文旨在作为我的大型项目的补充信息，但它也可以提供有关如何为自定义电路板项目创建原理图的见解。