Ruido causado por el desacoplamiento inadecuado de la clavija de la VDD

Question

He planteado una pregunta, "La función ejecutada en MCU genera ruido al circuito analógico", antes pero en ese momento la pregunta no era lo suficientemente detallada. Después de varios días de pruebas, el problema es ahora más específico.

Cuando ejecuto una función con una frecuencia de 600 Hz, puedo observar un conjunto de ruidos (600 Hz, 1200 Hz, 1800 Hz, etc.). Aquí está el espectro de frecuencia:

Después de algunas pruebas, creo que se debe al desacoplamiento inadecuado de la V _DD del microcontrolador. Pero no estoy seguro. Hice otra prueba. Encontré que cuando los condensadores (dentro de los círculos rojos) cambian su valor de 0,1 µF a 0,01 µF, el ruido disminuye.

Y el ruido después del cambio:

Mi pregunta es:

¿Por qué disminuiría el ruido después del cambio? ¿Se debe al desacoplamiento inadecuado del microcontrolador? (pero se recomienda 0,1 µF en el STM32F4 hoja de datos).

Aquí está el PCB de esos pines y condensadores:

Answer 1

Como se señala en los comentarios:

Si has conectado las masas digital y analógica por toda tu PCB, la corriente de retorno digital se mezclará felizmente con la corriente de retorno analógica y se acoplará a ella, esos picos tendrán entonces una influencia mucho mayor en tus medidas. Por supuesto, si la ruta analógica es también (en parte) dentro de la MCU, puede que tenga que mezclar un poco aquí y allá, pero usted todavía podría tratar de limitar la AGND y DGND solapamiento.

Lo segundo es que los picos se reducen, porque un condensador de 100nF tendrá una resistencia en serie equivalente mayor, tardará algo más de tiempo en llevar la carga desde sus placas más complejas/largas a tu chip. El valor más pequeño tiene una ESR más baja, que suministrará la energía de nuevo a la MCU mucho más rápido, haciendo que los picos sean mucho más pequeños. Si pones un 100nF y un 10nF, o incluso un 4.7nF uno al lado del otro en cada pin VDD reducirás el ruido acoplado en el caso de conmutación interna rápida y de conmutación externa más potente pero más lenta mucho mejor que sólo con cualquiera de ellos.

En algunos casos se utilizan incluso 3 o 4 valores diferentes para cubrir todos los dominios de frecuencia, aunque normalmente estamos hablando de dominios de MHz, 100 MHz y (casi) GHz en un solo chip, como procesadores de gama alta, WiFi o FPGAs cuando hay 4 tapones de diferentes tamaños en los pines de alimentación.

Answer 2

La conexión de +3,3 V debería ir al condensador, que a su vez debería estar conectado directamente al cable de la MCU, en todos los casos, como lo tienes con C302. No debería estar entre el condensador y el cable.

Ese carril diagonal de la tercera imagen debe conectarse al plomo en ángulo recto. Eso no afectará al desacoplamiento pero puede actuar como una trampa de ácido al grabar. Además, queda feo.