Jump to content

    

Помехоустойчивая разводка DSP, SDRAM, Audio DAC, DC-DC

Добрый день.

 

Думаю над правильной разводкой устройства, в состав которого входят:

 

1) ЦСП TMS320C6745, работающий на частоте 456 МГц, ток потребления ядра до 350 мА, напряжение питания ядра 1,3 V

 

2) SDRAM 32Mx16, работающая на частоте 152 МГц, напряжение питания 3,3V

 

3) Карта памяти SD micro, питание 3,3V, подключена по SPI

 

4) LCD со светодиодной подсветкой.  Питание контроллера дисплея и светодиодов подсветки: 3,3V.   Ток подсветки 60 мА.

 

5) Аудио-ЦАП, дельта-сигма. Питание 3,3V.

 

6) Усилитель звука,  класс D, мощность в нагрузку 0,4 Вт (< 1 Вт),  питание 3,3V.

 

7) Система питания:

 

a) Понижающий DC-DC на 1,3V 800 мА - для питания ядра ЦСП

б) Понижающий DC-DC на 3,3V 600 мА - для питания всего остального

в) Первичный источник питания - аккумулятор Li-Ion 3,7V.

 

Ток потребления всего устройства: от 180 мА   до 320 мА.

 

При поблочном макетировании  устройства были замечены следующие вещи:

 

1) Питание для подсветки LCD надо брать с клемм DC-DC, иначе будут перепады яркости подсветки LCD  из-за громкого звука

2) Питание на УНЧ надо брать с клемм DC-DC, иначе будут перепады яркости  подсветки LCD из-за громкого звука и шумы в аудио-тракте.

3) Питание на аналоговую часть ЦАП надо брать с клемм DC-DC, иначе будут шумы в аудио-тракте и помехи от работы DC-DC.

4) Питание и земля от DC-DC конвертеров не должны проходить через сигнальные питание и землю, иначе ЦСП может уходить в Reset.

 

Топологию в схематичном виде выкладываю - она выполнена с учетом всех пунктов выше. При таком исполнении подключения все узлы функционируют исправно, при длительном тестировании (более 2 ч.) сбоев замечено  не было,  аудиотракт без шумов,  подсветка без видимых на глаз перепадов яркости.

 

Прошу обсудить:  укажите на ошибки;  дополнения, исправления и улучшения приветствуются!   Располагаю макетом - могу  проверить на практике любое предложение!

 

 

topology.thumb.jpg.c559570177f4dc0ac1dfec60a472a56b.jpg

 

 

Edited by __inline__

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 hour ago, __inline__ said:

укажите на ошибки

Узел звезды не у ног стабилизаторов должен быть, а у ноги самого чувствительного аналого-цифрового компонента. 
Здесь это видимо будет audio-dac .
Но если еще где-то затесался АЦП, то все решает расстановка, а рисунок выше ни о чем. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
44 minutes ago, AlexandrY said:

Узел звезды не у ног стабилизаторов должен быть, а у ноги самого чувствительного аналого-цифрового компонента. 
Здесь это видимо будет audio-dac .
Но если еще где-то затесался АЦП, то все решает расстановка, а рисунок выше ни о чем. 

АЦП не будет - это точно.

Почему рисунок ни о чём?  на нём показано соединение макетных плат как оно сейчас.  Причем, DSP и SDRAM отдельно выполнены на 4-слойной плате. И под эту плату легли сигнальные питание-земля.

Share this post


Link to post
Share on other sites
43 minutes ago, __inline__ said:

АЦП не будет - это точно.

Почему рисунок ни о чём?  на нём показано соединение макетных плат как оно сейчас.  Причем, DSP и SDRAM отдельно выполнены на 4-слойной плате. И под эту плату легли сигнальные питание-земля.

Кроме АЦП  чувствительным аналоговым компонентом является PLL у процессора. 
Усилитель я бы гальвано-изолировал.   
Тут важнее в какой среде дивайс будет эксплуатироваться (корпус, внешние разъемы, схема подвода кабелей, вероятные источники статики и проч.) 
 

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 часа назад, __inline__ сказал:

a) Понижающий DC-DC на 1,3V 800 мА - для питания ядра ЦСП

б) Понижающий DC-DC на 3,3V 600 мА - для питания всего остального

в) Первичный источник питания - аккумулятор Li-Ion 3,7V.

У подсветки LCD стабильный ток и можно поставить отдельный DC-DC(рядом с LCD) с оптимальным КПД и управлением вкл/выкл.

На аналоговое питание DAC  - линейный стабилизатор(тоже рядом с DAC).

И почему усилитель не питать напрямую от батарейки?

Share this post


Link to post
Share on other sites
24 minutes ago, AlexandrY said:

Кроме АЦП  чувствительным аналоговым компонентом является PLL у процессора. 
Усилитель я бы гальвано-изолировал.   
Тут важнее в какой среде дивайс будет эксплуатироваться (корпус, внешние разъемы, схема подвода кабелей, вероятные источники статики и проч.) 
 

PLL у процессора подключен через ферритовые бусины и блокировочные конденсаторы, всё это на 4-слойке.  Как в доке от TI написано сделали.

На счёт гальвано-изоляции я не понял, что это значит?

 

Девайс портативный, разъёмы:

1) зарядка аккумулятора

2) 3,5" разъем на наушники (встроенный динамик при этом отключается)

 

Корпус - обычный пластик.

 

По статике. Разъем наушников защищён супрессорной матрицей ESDA6V1, надо ли защищать разъём зарядки аккумулятора? (+5V и GND от USB mini)

 

Среда эксплуатации девайса: +20 градусов по С,  +/-10 градусов

 

 

13 minutes ago, HardEgor said:

У подсветки LCD стабильный ток и можно поставить отдельный DC-DC(рядом с LCD) с оптимальным КПД и управлением вкл/выкл.

На аналоговое питание DAC  - линейный стабилизатор(тоже рядом с DAC).

И почему усилитель не питать напрямую от батарейки?

На счёт  дополнительных LDO и DC-DC: сильно хочется использовать те, что есть, либо аккумулятор.  Так как устройство будет запитываться от аккумулятора емкости 1900 мА*ч, на бОльшую ёмкость в нужном форм-факторе я не нашёл, а есть ограничение на размеры (батарейный отсек).

 

На счёт идеи питания УНЧ от аккумулятора  напрямую -  спасибо!  Тут просто макет когда отлаживаю, питаю от USB +5V, поэтому вылетело из головы, что УНЧ можно от Li-Ion напрямую запитать. Повысит КПД немного и громкость звучания на свежем источнике ))

 

Edited by __inline__

Share this post


Link to post
Share on other sites
10 минут назад, __inline__ сказал:

На счёт  дополнительных LDO и DC-DC: сильно хочется использовать те, что есть, либо аккумулятор.  Так как устройство будет запитываться от аккумулятора емкости 1900 мА*ч, на бОльшую ёмкость в нужном форм-факторе я не нашёл, а есть ограничение на размеры (батарейный отсек).

Не понял, у вас готовая плата с аккумулятором?

Если нет, тогда, можно попробовать повысить КПД системы питания выбрав оптимальные стабилизаторы.

Share this post


Link to post
Share on other sites

не показано соединение ЦАП и входа УНЧ, дифсигнал, трансформатор? если нет - ток потребления УНЧ создаст на земляном проводе напряжение, неотличимое (на входе УНЧ) от сигнала ЦАП

вариант решения проблемы: ЦАП и УНЧ расположить максимально близко и объединить их земли

Share this post


Link to post
Share on other sites
41 minutes ago, HardEgor said:

Не понял, у вас готовая плата с аккумулятором?

Если нет, тогда, можно попробовать повысить КПД системы питания выбрав оптимальные стабилизаторы.

Нужно уложиться в фабричный корпус, который уже выбран. В нём уже предусмотрен батарейный отсек.  Аккумулятор li-Ion 3,7V 1900mAh.  Использую DC-DC MAX1572EC130 для питания ядра ЦСП (1,3V 800 mA максимум) и DC-DC LM3671-3.3 для питания остального (3,3V 600 mA максимум)

 

 

1.jpg.73748683a9cd3091f1bdd683039ec566.jpg

 

 

14 minutes ago, vervs said:

не показано соединение ЦАП и входа УНЧ, дифсигнал, трансформатор? если нет - ток потребления УНЧ создаст на земляном проводе напряжение, неотличимое (на входе УНЧ) от входного сигнала

вариант решения проблемы: ЦАП и УНЧ расположить максимально близко и объединить их земли

ЦАП UDA1334BTS, схема включения внизу на картинке.  Схема УНЧ там же.   Выход ЦАП - не диференциальный, относительно GND.  УНЧ с дифференциальным входом, но используется обычный. Выход - дифференциальный (двухтактный) класс D.

 

На самом деле, платы с УНЧ и ЦАП и DC-DC близко сейчас, только их питание и земли идут к DC-DC по топологии "звезда", но идею понял! Кроме объединения земли УНЧ и ЦАП, их питания также объединять? (трассы питания должны идти над трассой земли)

 

 

 

5.jpg.2bfd3d3d056bedbe27a2ef59c4f9c67c.jpg

2.jpg.892fcb35b5587cce2a0759f92e42b513.jpg

 

 

Edited by __inline__

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 hours ago, __inline__ said:

1) Питание для подсветки LCD надо брать с клемм DC-DC, иначе будут перепады яркости подсветки LCD  из-за громкого звука

Пока светодиоды питаются напряжением вместо тока, перепады яркости гарантированы.

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 minutes ago, aaarrr said:

Пока светодиоды питаются напряжением вместо тока, перепады яркости гарантированы.

Стабилизатор тока? В самом простейшем случае какой? Транзистор-токовое зеркало?  Светодиодов 6 штук и у них общий катод и разные аноды (сейчас на каждом аноде стоит резистор 33 Ом)

 

Макет-байда в собранном виде )) На провода от отладочной платы слева внизу не обращать внимание - это обычные кнопки на GPIO , они будут на печатной плате в виде контактов, замыкающихся графитом на силиконе:

 

maket.jpg.df60b6982d94126561a29a717674cd0b.jpg

Edited by __inline__

Share this post


Link to post
Share on other sites
18 minutes ago, __inline__ said:

УНЧ с дифференциальным входом, но используется обычный.

соедините вход УНЧ по диф. схеме, какое-то ослабление и будет (рис. 25 DS), может этого и хватит - "уши" у всех разные, хотя не вижу причин мешающих сделать ЦАП и УНЧ на одной земле

upd с учетом потенциометра на выходе ЦАП, диф. включение УНЧ мало что даст

Share this post


Link to post
Share on other sites
5 minutes ago, vervs said:

соедините вход УНЧ по диф. схеме, какое-то ослабление и будет (рис. 25 DS), может этого и хватит - "уши" у всех разные, хотя не вижу причин мешающих сделать ЦАП и УНЧ на одной земле

 

Так диф-вход итак задействован(схема выше), но неинвертирующий соединен с GND., так как у ЦАП выход однополярный

 

3.thumb.jpg.b7f32750721633209f343f4a1176e695.jpg

Edited by __inline__

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 minutes ago, __inline__ said:

Стабилизатор тока? В самом простейшем случае какой? Транзистор-токовое зеркало?

В простейшем случае источник на транзисторе.

 

11 minutes ago, __inline__ said:

Светодиодов 6 штук и у них общий катод и разные аноды (сейчас на каждом аноде стоит резистор 33 Ом)

Если так, скорее всего, 3.3В недостаточно.

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 minutes ago, aaarrr said:

Если так, скорее всего, 3.3В недостаточно.

Достаточно, потому что есть документация на светодиод подсветки - это белый светодиод марки NSSW006T с напряжением питания 3,2V и номинальным током 20 мА (у меня 8..10 мА)

 

Изменение яркости связываю с тем, что возвратные токи от УНЧ проходили по трассе подсветки.  После как сделал соединение питаний и земель по звезде - проблемы ушли.

Edited by __inline__

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this