Microcontrolador GPIO en circuitos de audio

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Estoy diseñando un sintetizador analógico, controlado por un microcontrolador STM32. En varias partes del circuito, pretendo usar un pin GPIO para controlar los interruptores en el circuito, y en dos partes diferentes como partes para generar audio. Estoy preocupado por el ruido de la uC que se está filtrando en el circuito, y mi pregunta es si debería preocuparme, y si debería, ¿qué debo hacer para minimizar los problemas?

Algunos detalles: mi PCB está distribuido de manera que el lado derecho es completamente analógico, excepto las señales de los pines, y el lado izquierdo contiene la parte digital, con DAC y un MUX analógico (multiplexación de los uC construido en DAC) sentado en la línea divisoria. Tengo un plano de tierra en una de las capas interiores del tablero de 4 capas.

Las señales controladas desde los GPIO son:

  • dos conmutadores analógicos SPST conmutan el flujo de la señal
  • cuatro interruptores de encendido y apagado hechos a partir de un solo MOSFET, con el pin GPIO que controla la puerta y enciende o apaga las señales analógicas unipolares
  • un integrador de amplificador operacional con fugas que integra un pulso estrecho generado por el PWM de la uC, que se utiliza como una señal analógica y se procesa más.
  • y finalmente, una transición de paso en un GPIO se introduce en el filtro como una señal de prueba para la calibración.

La salida final del circuito tiene un filtro de paso bajo de un polo alrededor de 70 kHz para reducir las frecuencias altas espurias.

Sería muy difícil tratar de colocar todos los interruptores y los demás en el límite analógico / digital de la placa, por lo que se colocan bastante dentro del área analógica de la placa. Por otro lado, al ser señales de control de conmutación, llevan muy poca corriente. También la corriente en el integrador es bastante pequeña, algunas decenas de microamperios durante los pulsos y, por lo demás, esencialmente cero.

Entonces, ¿cuánto debería preocuparme por inducir ruido digital en el lado analógico aquí?

    
pregunta Timo

1 respuesta

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Yo estaría más preocupado por el acoplamiento capacitivo. Si bien la mayor parte del ruido digital es de alta frecuencia, a menudo tiene algunos componentes de baja frecuencia, por lo que un filtro de paso alto no elimina todo lo que le gustaría haber eliminado.

Es posible que desee ubicar trazas de protección alrededor de las señales de control digital y asegurarse de que los interruptores tengan el desacoplamiento adecuado entre la señal de control y el material analógico.

Para los MOSFET, no olvide la capacitancia de puerta a drenaje (también conocida como capacitancia de Miller porque es la fuente del efecto Miller que aumenta la capacitancia de la puerta efectiva). El ruido de alta frecuencia presente en la puerta se acopla al desagüe. Si bien su MOSFET está activado, no es un problema, ya que tiene una ruta de baja impedancia entre el drenaje y la fuente, y la fuente en una tierra (virtual) de baja impedancia. El suelo virtual (que debe estar correctamente desacoplado) absorberá el ruido acoplado. Por otro lado, mientras el MOSFET está apagado (es decir, la puerta en el suelo), cualquier ruido en la puerta aún está acoplado al drenaje, pero ahora funciona de nuevo la impedancia de la resistencia que alimenta la señal al interruptor de silencio. Cuanto más alta sea la resistencia, más se podrá observar el acoplamiento del ruido en la señal. Esto es especialmente un problema si su diseño funciona con planos de tierra separados para la parte analógica y digital. Si la conexión a tierra digital y la conexión a tierra analógica están fuertemente acopladas, lo más probable es que no haya problemas con el nivel de ruido mientras que la salida es baja.

    
respondido por el Michael Karcher

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