CAPSENSE™ 接地环路以及RawCounts噪声读数高 - KBA236220

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问题：CAPSENSE™中的接地环路是什么意思？如何解决？为什么出现这种情况后，IDAC Sourcing模式下RawCounts噪声读数高，而切换到IDAC Sinking模式下，噪声情况却有所改善？

答案：

接地环路: 如果C_MOD Ground，C_{SH_TANK} Ground 和Sensor Ground 连接至中心点的路径过长，就会出现接地环路 。回流路径过长会导致系统易受到噪声干扰。因此，布置电源到PSoC™设备之间的GND连接时，建议采用最短的路径。

要解决接地环路问题，建议按照以下方式优化布局：

• 如果地平面分配在了不同叠层，要尽量把它们拼接在一起。此举在兼顾成本控制的同时，还能降低接地电感、最大限度缩小芯片接地线与电源接地线之间的电位差。这一点在大电流通过地线灌入的场合，如运行radio时，尤为重要。
• 建议给VDDD和VDDA接去耦电容。如果芯片上有两个VDDD pin，每个pin都需要单独连接去耦电容。去耦电容和CAPSENSE™串联电阻离引脚的距离应控制在10mm 以内。
• 建议分开处理VSSD（数字地）和VSSA（模拟地）。如果合在一起，数字地的噪声会混进模拟地，从而影响CAPSENSE™输出。
• CAPSENSE™要求地平面以星型接法连接至中心点。所有导线连接至中心点，返回电源GND的路径唯一且最短。如果不采用星型连接，而是将多条GND 线连接至同一个电源GND，会导致线路乃至整个系统更易受到噪声影响。采用星型连接能保证返回电源GND的路径唯一，大大提升了系统的抗噪声干扰能力。
• CAPSENSE™ 地平面到中心点电感量应小于0.2-nH 。因此，C_MOD, C_INTX, C_{SH_TANK} 电容放置要尽量靠近芯片，地平面要厚。
• 所有传感器hatch层，C_MOD和C_INTX 地平面，C_{SH_TANK} 地平面都要止于中心点。

Figure 1为星型连接示意图。不同芯片对应的中心点位置如Table 1所示。

Figure 1 地平面星型连接示意图

Table 1:  星型连接中心点位置

芯片型号	中心点
PSoC™ 4000	VSS pin
PSoC™ 4100/4100M	VSS pin
PSoC™ 4200/4200M/4200L/PSoC™ 4-S/PSoC™ 4100PS	VSS pin
PSoC™ 4100-BL	E-pad
PSoC™ 4200-BL	E-pad

• 使用无E-pad 芯片

如果芯片没有E-pad，应设VSS pin为中心点，将其作为电源地的唯一返回路径。这种情况下，板卡顶层和底层的高电平布局图如Figure 2 和Figure 3所示。

Figure2  使用无E-pad 芯片 ，PCB 顶层布局图

Figure 3 使用无E-pad 芯片，PCB 底层布局图

如果无法改变硬件布局，可使用以下软件解决方法。

当系统出现接地环路时，系统易受噪声影响。此时，接地电位不为0，与中心点形成电位差。因此，IDAC sourcing模式下，RawCounts噪声读数增大。要明白为什么切换到IDAC Sinking后，RawCounts噪声读数相对降低，首先需要了解IDAC Sourcing模式和IDAC Sinking模式之间的区别。

• IDAC Sourcing vs IDAC Sinking

1. IDAC Sourcing 模式: IDAC Sourcing 模式下, 传感器电容上的电压从地拉电流到V_REF ，如Figure 4所示。                                                                                              Figure4 传感器电容电压
2. IDAC Sinking 模式:  IDAC Sinking 模式下，传感器电容电压由V_DDD灌电流到V_REF，如Figure 5所示。
   

Figure5 传感器电容电压

可以看出，在IDAC Sourcing模式下，传感器电容上的电压在GND和V_REF之间变化 。当系统出现接地环路时，系统内接地电位不为0，与中心点形成电位差。所以在IDAC Sourcing模式下，GND噪声被放大，RawCount噪声读数增大。选择IDAC Sinking模式可以避免出现这种情况，因为即使Ground有噪声（Ground与中心点形成电位差，出现噪声），它也不会像IDAC sourcing模式那样增大RawCount噪声读数；因为这个模式下，电压从V_DDD 灌电流到V_REF ，不受Ground噪声的影响。

Note： 在IDAC Sinking 模式下，VDDD直接充电，比sourcing 模式更容易受到电源噪声的影响。因此，使用Sinking模式需要使用LDO/稳定的VDD。

综上所述，IDAC Sourcing模式切换到IDAC Sinking模式下，RawCounts噪声读数有所改善。