3 kinetis 外围模块

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1、第12页中国工程机器人大赛技术报告3Kinetis外围模块3.1PCB本章介绍采用KinetisMCU时进行硬件设计的最佳做法。构建系统时，设计人员必须考虑许多方面，使得性能、成本和质量满足最终用户的期望。性能通常涉及到高速数字信号处理，但也适用于模拟信号的精确采样。成本受元件选择的影响，其中PCB可能是最昂贵的元件。质量包括产品的可制造性、可靠性以及是否符合行业或政府标准。3.2电源域许多系统虽然只有一个电源电压，但电源通常包括“纯净”部分和“噪声”部分。“纯净”和“噪声”的定义不重要，重要的是一个部分的噪声不应干扰其他部分。一般而言，交流电源应与直流电源分开，数字部分应与模拟部分分开。飞

2、思卡尔应用笔记AN2764“提高基于微控制器应用的瞬变抑制性能”详细说明了电源域隔离。基本原理是在不同电源域之间放置一个低通滤波器。交流电源域应在物理上与直流电源域隔离。必要时，分隔不同直流功能块（电源域）应使用物理隔离或去耦滤波器(图2-1)。注意，塔式系统板使用多个去耦滤波器来分隔数字和模拟域。还应注意，很多应用可能不需要去耦，不同域的物理分隔即足够。通常，去耦网络串联元件是小电感或阻抗较小（100MHz时约100Ω）的铁氧体磁珠。电容一般是10nF到1uF，滤波器两端不必是相同的值；具有高频成分的一端应选择较低的值。3.2.1电源布线电源和地到数字系统的布线是很多教科书和参考文献讨论和

3、争议的话题。基本思想是确保MCU和其他数字器件通过低阻抗路径接至电源。对于一层和两层PCB，典型原则是使用宽走线和较少的层变换。对于当今的高速第12页中国工程机器人大赛技术报告MCU，建议遵循高速微处理器系统的原则，更具体来说是使用电源层和接地层。这可能会提高PCB成本，但好处是可以降低串扰和RF辐射，改善瞬变抑制性能，降低整体生产和维护成本。一般来说，接地布线应优先于任何其他布线。接地层或走线决不能被信号断开。对于带引脚的封装，例如LQFP，建议在MCU封装的正下方使用一个接地层，以便降低RF辐射并提高瞬变抑制性能。MCU的所有VSS引脚都应连接到接地层。从接地层上来的走线连接到上层和下层

4、的信号层时，应尽可能短。电源层可以中断以提供不同的电压。MCU的所有VDD引脚都应连接到适当的电源层。来自电源层的走线连接到顶层和底层上的电路（上拉电阻、滤波器、其他逻辑和驱动器）时，应尽可能短。更多信息参见下面的PCB层堆叠部分。3.2.2电源去耦和滤波如电源域部分所述，不同域使用去耦网络来分隔。旁路电容（也称为去耦电容）是电荷存储元件，用于提供高速数字电路所需的瞬时能量。电源旁路电容必须靠近MCU电源引脚放置。基本原理是旁路电容为MCU内部的每次逻辑转换提供瞬时电流。幸好，每个KinetisMCU都内置一个用于内核逻辑的低压调节器，因而内部高速逻辑的突发电流需求不是很关键。但是，外部信号

5、从一个逻辑电平转换到另一个逻辑电平时，需要电源轨提供能量。旁路电容提供本地滤波，外部引脚变换的影响不会反映到电源上，因而不会引起RF辐射。旁路电容尽可能靠近MCU放置的基本规则仍然适用，目的是最大限度地缩小VDD和VSS引脚之间的电容所形成的环路。此规则的实施取决于安装层数、电源布线和电容的物理尺寸：•安装层数–器件仅安装在正面的PCB，由于很多器件都需要空间，因而对旁路电容的靠近程度有较大限制。器件安装在正反两面上的PCB，允许旁路电容靠得更近。•电源布线–对于球栅阵列(BGA)封装，所有VDD/VSS对都布线连接到封装下面的其他层。这样更容易将VDD第12页中国工程机器人大赛技术报告•电

6、源布线–对于四方扁平(QFP)封装，电源引脚可以利用走线径向提供给MCU，而不需要从电源层提供。虽然将旁路电容靠近VDD和VSS引脚放置在通向MCU的走线上已经足够，但更好的做法是将旁路电容的接地端连接到靠近VSS引脚的接地层（通过过孔和短走线），将VDD端连接到靠近VDD引脚的电源层（通过过孔和短走线）。3.3振荡器KinetisMCU利用内部数字控制振荡器(DCO)启动以控制总线时钟，然后根据需要，利用软件使能一个或两个外部振荡器。多用途时钟发生器(MCG)模块的外部振荡器可以是频率范围从32.768Khz到32Mhz之间的晶体或陶瓷谐振器。实时时钟(RTC)模块的外部振荡器是32.76

7、8kHz晶体。3.3.1RTC振荡器RTC振荡器连接到EXTAL32和XTAL32引脚，是最简单的布线。这两个引脚均位于BGA封装的外环焊盘上，因而可将该晶体放在PCB的顶层上，靠近MCU。该振荡器不需要任何其他外部元件，因此布线是从晶体直接连到MCU引脚。第12页中国工程机器人大赛技术报告32.768kHz晶体有含引脚圆柱形和表贴两种封装，建议使用圆柱形封装以简化晶体的放置和布线。EXTAL32和XTAL3