如何為自定義PCB創(chuàng)建原理圖？本文將討論使用測斜儀子系統(tǒng)示例設(shè)計電路板原理圖的步驟。

我最近為測斜儀子系統(tǒng)設(shè)計了一個定制PCB。在本文中，我們將討論如何設(shè)計功能原理圖，這是任何成功項目的第一步。

在大多數(shù)設(shè)計中，部件是根據(jù)可用性，成本，可靠性等要求選擇的。但值得注意的是，AAC項目的設(shè)計本質(zhì)上是教育性和公正性的，因此您的部件選擇和設(shè)計可能會根據(jù)您的需求和偏好而有所不同。

讓我們逐節(jié)完成這個大型的原理圖。 ，從電源開始。

電源

該項目由連接到壁式電源的直流電源插座提供9-12V直流電源。如果墻壁電源太嘈雜，我可以用實驗室級電源或電池組替換它。設(shè)計選用了一個低調(diào)的3.5mm DC桶形插孔，因為它是電路板上其他高元件的大致高度。

有三臺德州儀器TPS709xx LDO提供2.5V，3.3V和5.0V數(shù)字軌，而LT1027LS8是用于提供5V模擬軌的電壓基準(zhǔn)芯片。

電壓基準(zhǔn)通常不直接為沒有支持電路的IC供電。但是，對IC的要求完全在其當(dāng)前的采購能力范圍內(nèi)，安全系數(shù)為2-3。它將支持SCA103T-DO4（最大功耗5 mA）和LTC2380-24的IRef（最大2.1 mA），并且能夠提供15 mA電流。數(shù)據(jù)表中提供了最大值，典型值略小于上面列出的數(shù)值。

LT1027的降噪引腳可以連接到聚酯薄膜電容器。該電容將顯著降低LT1027LS8在10Hz至1kHz帶寬內(nèi)的寬帶噪聲。電容器有一個保護(hù)環(huán)，其電壓由電阻分壓電路決定。電容器按照相關(guān)數(shù)據(jù)表中的建議添加到輸入和輸出中。

原理圖的功率部分。點擊放大。

作為一個說明，既然我已經(jīng)完成了這個板，我就有了后見之明的好處。如果我要再次使用這個電路，我可能會選擇一種不同的VREF設(shè)計，包括VREF和測斜儀/ADC之間的緩沖器。

USB-to-UART轉(zhuǎn)換器

此原理圖中使用的CP2102N USB-to-UART轉(zhuǎn)換器與我在過去的設(shè)計中使用的電路相同。 （您可以在以下文章中找到更多信息：使用德州儀器MSP430構(gòu)建電容式觸摸界面，項目故障排除故事。）

請記住，首次將CP2102N從基于Windows的計算機(jī)編程到使用USB2.0端口。 Windows無法從USB3.0端口正確枚舉設(shè)備。

D2為USB板輸入提供ESD保護(hù)，D3提供UART數(shù)據(jù)確實在CP2102N和MSP430之間移動的指示。必須將CP2101N GPIO0和GPIO1輸出調(diào)整為Simplicity Studio中的“備用功能”，以啟用D3指示燈LED。根據(jù)數(shù)據(jù)表建議，提供去耦電容和電阻分壓器。

這是啟動整個項目的IC。 muRata的 Ville Nurmiainen為這個項目慷慨地提供了SCA103T。點擊放大。

muRata SCA103T -D04有一個我沒有使用的內(nèi)置11位ADC。不過，實驗可能會很有趣，所以我提供了四個測試墊，以備將來使用。

IC有兩個自檢腳，可控制兩個不同內(nèi)部傳感器的自檢功能。這些自測引腳連接到SCA103T-D04中的兩個獨立傳感通道。當(dāng)激活時，IC產(chǎn)生靜電力，使每個傳感元件內(nèi)的檢測質(zhì)量偏轉(zhuǎn)。力將質(zhì)量移位到其上限，并且該通道的輸出接近其最大值。數(shù)據(jù)表顯示兩個自測引腳不應(yīng)同時激活，因此我采用了TI TS5A3357SP3T IC來主動防止它。此開關(guān)的邏輯圖如下所示。

TS5A3357交換機(jī)的邏輯圖

該IC提供三個常開輸出，連接到公共線，因此計劃使用MSP430的兩個GPIO引腳來控制TS5A3357。反過來，TSA5A3357控制SCA103T的自檢功能，以及可以編程方式用于指示通過或失敗條件的狀態(tài)指示燈LED，可能帶有穩(wěn)定或閃爍的LED。

傾角儀有兩個加速度傳感器排成一列，但指向相反的方向，提供差分輸出。根據(jù)數(shù)據(jù)表建議，單極RC濾波器（fc = 3.1kHz）用于“最小化每個輸出上的時鐘噪聲”。

信號緩沖器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器

信號緩沖器和低通濾波器

來自測斜儀的信號通過低通濾波器后，進(jìn)入AD8244信號緩沖器。該單位增益四通道運算放大器將SCA103T輸出與LTC2380輸入隔離。

逐次逼近寄存器可能會干擾它們試圖量化的信號。添加此設(shè)備允許傾斜儀向緩沖器的高阻抗側(cè)提供模擬信號。無論電流需求如何，低阻抗輸出緩沖器都能夠向SAR ADC提供相同的信號電壓。

根據(jù)數(shù)據(jù)表建議，緩沖器和ADC之間還包括一個額外的濾波器。

MSP430FR2633

MSP430部分原理圖設(shè)計

我在過去的幾個項目中使用了MSP430FR2633 IC，并計劃在未來項目中繼續(xù)包含產(chǎn)品系列中的內(nèi)容，同時我了解更多信息在Code Composer Studio中編程。

有幾種具有電容功能的觸針可用以及多種GPIO。由于ADC沒有SPI MOSI引腳，因此ADC的SPI輸出饋入MSP430，MCU的SPI輸出饋送板外連接器。未來的功能可能包括某種顯示。

在編程期間使用S1來選擇MCU（編程器或電路板）的參考電壓。德州儀器（TI）在MSP430數(shù)據(jù)表中建議使用S2開關(guān)去耦電阻值。

固件編程

該設(shè)備的固件將在以后的文章中介紹，但原理圖設(shè)計確定哪些引腳連接到哪個網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在是合適的時間。設(shè)計選擇固件。 MSP430使用存儲器寄存器來控制引腳。因此，每個引腳對應(yīng)于寄存器中的一個位，我將在稍后與之交互。

#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

可下載的原理圖

本文旨在作為我的大型項目的補充信息，但它也可以提供有關(guān)如何為自定義電路板項目創(chuàng)建原理圖的見解。