16. 一般布線實踐

16.1 數(shù)字域與模擬域

Renesas RA2微控制器產(chǎn)品主要有三種類型的引腳功能：電源、數(shù)字和模擬。

通常，電源引腳專門用于電壓和參考輸入，沒有多種功能。電源引腳通常專門用于MCU內(nèi)的特定部分或域。例如，MCU的主電源電壓將為數(shù)字內(nèi)核、許多數(shù)字外設功能和許多數(shù)字I/O引腳供電。可以將數(shù)字域定義為數(shù)字電路、數(shù)字I/O引腳以及相關的電源引腳。指定用于模擬功能的電源引腳（例如AVCC0和相關的AVSS0）在MCU內(nèi)部提供特定的模擬電路，這類模擬電路與數(shù)字域電路分開?？梢詫⒛M域定義為模擬電路、模擬I/O引腳以及相關的電源引腳。

數(shù)字信號通常是與周期性時鐘相關聯(lián)的重復切換模式。數(shù)字信號上的跳變往往是相對尖銳的邊沿，同時跳變之間保持穩(wěn)定的高電平或低電平。在指定的時間范圍內(nèi)，每個信號必須在可接受的電壓大小下處于穩(wěn)定狀態(tài)，稱為邏輯狀態(tài)。通常使用時鐘的邊沿跳變以預定的時鐘間隔對信號狀態(tài)進行采樣，以評估相關的數(shù)據(jù)信號。只要電平保持在指定范圍內(nèi)，數(shù)字信號電壓值的小幅度變化通常是可以接受的。但是，如果數(shù)字信號受到可能會對其造成嚴重影響的較大外部作用，則可能會在對數(shù)據(jù)進行采樣時引起錯誤的邏輯狀態(tài)。

模擬信號通常截然不同。模擬信號可能是周期性的，但模擬信號的評估通常是在一定范圍內(nèi)而不是邏輯狀態(tài)下測量電壓。根據(jù)特定的觸發(fā)事件對模擬信號的電壓大小進行采樣，然后使用MCU中的模擬電路處理得到的測量結果。模擬測量的精度與采樣電壓值的精度直接相關。任何可能會略微改變模擬輸入信號電壓值的非預期外部作用，都可能影響測量的準確性。

由于Renesas RA2 MCU產(chǎn)品的I/O引腳的高度復用特性，許多I/O引腳都可用于實現(xiàn)模擬或數(shù)字功能。這可能會導致數(shù)字和模擬功能發(fā)生重疊，并造成數(shù)據(jù)錯誤。

為了盡可能地減少數(shù)字信號域和模擬信號域之間的潛在問題，請考慮以下準則：

? 在分配I/O引腳功能時，選擇的引腳功能應盡量使模擬引腳和數(shù)字引腳在物理上分開。

? 每個模擬信號應盡可能與所有其他信號分開。

? PCB布線應盡可能隔離每個模擬信號。避免在同一區(qū)域內(nèi)連接其他任何信號走線，無論是模擬信號還是數(shù)字信號。

? 確保模擬電源電壓和模擬參考電壓包含適當?shù)慕涣?a href="http://www.makelele.cn/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器。可以采用在MCU電壓引腳附近放置的形式

建議使用的電容，或使用適當?shù)母袘獮V波器。此舉旨在提供很少甚至沒有電壓紋波的電源電壓和參考電壓。

? 在PCB設計中使用專用電源層時，避免在模擬電壓區(qū)域內(nèi)連接數(shù)字信號走線，并避免在數(shù)字電壓區(qū)域內(nèi)連接模擬信號走線。

對于靈敏度較高的應用，強烈建議使用仿真工具評估特定的設計，以了解電路設計對性能的影響。例如，這可能包括諸如精密傳感器設計或超高速數(shù)字總線接口之類的應用。有關每種外設功能的特定要求，請參見《硬件手冊》中的“電氣特性”一章。

16.2 高速信號設計注意事項

隨著數(shù)字信號時鐘速度的增加，外部刺激對這些信號的影響會變得更加明顯。某些外設功能可以歸類為“高速”數(shù)字信號。對于高速數(shù)字信號，還應考慮其他設計注意事項。

在發(fā)生串擾時，一個信號上的跳變會對附近的另一個信號產(chǎn)生感應影響。當這種串擾效應足夠強時，第一個信號可能會導致第二個信號上發(fā)生錯誤。為了減少串擾的影響，請使用以下一般PCB布線準則：

? 為同一布線層上的已連線信號之間提供足夠的空間。通常，在同一數(shù)字組的信號之間至少保留一倍走線寬度的空間，而在不同數(shù)字組的信號之間至少保留3-5倍走線寬度的空間。

? 為同一布線層上的時鐘信號和數(shù)據(jù)信號之間提供額外的空間。通常，在時鐘和任何其他數(shù)字信號之間至少要保留3-5倍走線寬度的空間。

? 避免在任何相鄰的布線層上并行連接數(shù)字信號走線。如果必須在相鄰的信號層上連接信號，請盡可能嘗試僅使用正交叉走線。

如有可能，請在信號層之間使用電源層或接地層來分隔PCB信號層。電源層或接地層的單芯銅線可以用作數(shù)字信號的“屏蔽”。

每個標準化接口都有特定的要求。為確保PCB設計不會出現(xiàn)信號串擾問題，強烈建議設計每個接口時都參考相關標準。

16.3 信號組選擇

某些引腳名稱帶有附加的 _A、_B、_C、_D、_E 或 _F 后綴來表示信號組。對RA2產(chǎn)品而言，在分配功能時可忽略這些后綴，為每個功能信號選擇最方便的引腳分配。

請參見《硬件手冊》中“I/O端口”一章的“每種產(chǎn)品的外設選擇設置”和“PmnPFS寄存器設置的注意事項”部分。

17. 參考資料

在編寫本《快速設計指南》時，參考了以下文檔，您可點擊文末閱讀原文進入瑞薩電子官網(wǎng)了解更多內(nèi)容。

網(wǎng)站和支持

如需了解RA系列的關鍵元素、下載組件和相關文檔以及獲得支持，請訪問以下鏈接：（如微信中無法打開，請復制網(wǎng)址后在瀏覽器中打開查看）

RA產(chǎn)品信息

https://www.renesas.cn/cn/zh/products/microcontrollers-microprocessors/ra-cortex-m-mcus

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https://community-ja.renesas.com/zh

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