Recomendaciones de diseño del microcontrolador PIC® de 8 bits

Al desarrollar un producto con un microcontrolador PIC® de 8 bits, hay algunas recomendaciones de diseño básicas a tener en cuenta para cualquier aplicación. Los más comunes se enumeran en este breve resumen. Siempre consulte la hoja de datos del dispositivo para obtener datos técnicos específicos.

Requisitos básicos de conexión

Comenzar con los microcontroladores PIC de 8 bits requiere atención a un conjunto mínimo de conexiones de pin del dispositivo antes de continuar con el desarrollo.
Los siguientes pines son generalmente los primeros en enfocarse en su diseño. Cada uno de estos se explicará con más detalle en este tutorial.

Todos los pines de tensión de funcionamiento VDD y VSS conectados correctamente a la alimentación.

Pin Master Clear (MCLR) conectado interna o externamente a la tensión de alimentación VDD a través de una disposición de pull-up.

Los pines del oscilador OSCI y OSCO se conectan correctamente cuando se utiliza una fuente externa de oscilador.

Los pines VREF + / VREF- están conectados correctamente a la potencia y tierra del circuito cuando se usan los periféricos analógicos a digitales.

Los pines ICSPCLK / ICSPDAT utilizados para la Programación en serie en circuito ™ (ICSP) y los propósitos de depuración están aislados adecuadamente.

Se muestran las conexiones obligatorias mínimas.

Pines de alimentación

Se requiere el uso de condensadores de desacoplamiento en cada par de pines de suministro de potencia (VDD y VSS).
Tenga en cuenta los siguientes criterios al usar condensadores de desacoplamiento:

Valor y tipo de capacitor: Se recomienda un capacitor de 0.1 μF (100 nF), 10-20 V. El condensador debe ser un dispositivo ESR bajo, con una frecuencia de resonancia en el rango de 200 MHz y superior. Se recomiendan condensadores de cerámica.

Colocación en la placa de circuito impreso: los condensadores de desacoplamiento deben colocarse lo más cerca posible de los pines. Se recomienda colocar los condensadores en el mismo lado del tablero que el dispositivo. Si el espacio está restringido, el condensador se puede colocar en otra capa en la PCB usando una vía; sin embargo, asegúrese de que la longitud del trazo desde el pin hasta el condensador no sea mayor a 0.25 de pulgada (6 mm).

Manejo del ruido de alta frecuencia: Si el tablero está experimentando ruido de alta frecuencia (más de decenas de MHz), agregue un segundo condensador de tipo cerámico en paralelo al condensador de desacoplamiento recomendado. El valor del segundo condensador puede estar en el rango de 0.01 μF a 0.001 μF. Coloque este segundo condensador al lado de cada condensador de desacoplamiento primario.
En diseños de circuitos de alta velocidad, considere implementar un par de capacitancias de una década lo más cerca posible de los pines de alimentación y tierra (por ejemplo, 0.1 μF en paralelo con 0.001 μF).

Maximización del rendimiento: en el diseño de la placa desde el circuito de la fuente de alimentación, ejecute primero la alimentación y regrese los traces a los condensadores de desacoplamiento, y luego a los pines del dispositivo. Esto asegura que los condensadores de desacoplamiento son los primeros en la cadena de potencia. Igualmente importante es mantener al mínimo la longitud de traza entre el condensador y los pines de potencia, reduciendo así la inductancia de trazas de PCB.

Condensador bulk: en placas con traces de potencia que tengan una longitud superior a seis pulgadas, se sugiere utilizar un condensador bulk para circuitos integrados, incluidos microcontroladores, para suministrar una fuente de alimentación local. El valor del condensador bulk debe determinarse en función de la resistencia del trace que conecta la fuente de alimentación al dispositivo y la corriente máxima que extrae el dispositivo en la aplicación. En otras palabras, seleccione el condensador bulk de modo que cumpla con la caída de tensión aceptable en el dispositivo. Los valores típicos van desde 4.7 μF a 47 μF.

Pines VREF + / VREF-

Los pines VREF + y VREF- deben tratarse con la misma protección de circuito que los pines VDD y VSS.

Pin MCLR

El pin MCLR proporciona dos funciones específicas del dispositivo:

Restablecer dispositivo

Programación y depuración de dispositivos

El pin MCLR se puede compartir con un pin de entrada digital en algunos dispositivos, habilitado por los ajustes de configuración. En ese caso, se usa el circuito interno de MCLR.
Si no se requieren programación y depuración en la aplicación final, una conexión directa a través de una resistencia a VDD puede ser todo lo que se requiere. La adición de otros componentes, para ayudar a aumentar la resistencia de la aplicación a restablecimientos espurios de huecos de tensión, puede ser beneficioso. Se muestra una configuración típica.

R1 ≤ 10 kΩ es recomendado. Un valor de inicio sugerido es 10 kΩ. Asegúrese de que se cumplan las especificaciones MCLR pin VIH y VIL.
R2 ≤ 470 Ω limitará la corriente que fluye hacia el MCLR desde el condensador externo, C1, en caso de falla del pin MCLR, debido a descarga electrostática (ESD) o sobretensión eléctrica (EOS). Asegúrese de que se cumplan las especificaciones MCLR pin VIH y VIL.

Durante la programación y la depuración, se debe considerar la resistencia y la capacitancia que se pueden agregar al pin. Los programadores y depuradores del dispositivo manejan el pin MCLR. En consecuencia, los niveles de voltaje específicos (VIH y VIL) y las transiciones de señal rápidas no deben verse afectados negativamente. Por lo tanto, los valores específicos de R1 y C1 deberán ajustarse en función de la aplicación y los requisitos de PCB. Por ejemplo, se recomienda que el condensador, C1, se aísle del pin MCLR durante la programación de desarrollo y las operaciones de depuración mediante el uso de un puente (JP). El puente se reemplaza por una conexión directa para las operaciones normales de tiempo de ejecución. Cualquier componente asociado con el pin MCLR debe colocarse dentro de 0.25 pulgadas (6 mm) del pin.

Pines de programación en serie en circuito (ICSP ™)

Los pines ICSPCLK e ICSPDAT se usan para propósitos de depuración y programación en serie en circuito (ICSP). Se recomienda mantener la longitud de rastreo entre el conector ICSP y los pines ICSP en el dispositivo lo más breve posible. Si se espera que el conector ICSP experimente un evento ESD, se recomienda una resistencia en serie, con un valor en el rango de unas pocas decenas de ohms, que no exceda 100Ω.
Para usar los pines ICSPCLK, ICSPDAT y MCLR también como pines de E / S, lo mejor es aislarlos de los circuitos externos. Las resistencias de serie simple de baja resistencia (≤ 100Ω) funcionarán normalmente sin afectar la operación del circuito externo.

Se recomienda Ri ≤ 100 Ω. El valor de resistencia debe ser lo suficientemente bajo como para no afectar el circuito externo, pero aún así aislar las conexiones ICSP de los circuitos de la aplicación.

Las resistencias pull-up, los diodos en serie y los condensadores en los pines ICSPCLK e ICSPDAT no se recomiendan ya que interferirán con las comunicaciones del programador / depurador al dispositivo. Si dichos componentes discretos son un requisito de la aplicación, deben eliminarse del circuito durante la programación y la depuración. Alternativamente, consulte las características de AC / DC y la información de requisitos de temporización en la especificación de programación de Flash del dispositivo correspondiente para obtener información sobre los límites de carga capacitiva, así como los requisitos de voltaje de entrada alto (VIH) y entrada baja (VIL).

Pines del oscilador externo

Muchos microcontroladores PIC tienen opciones para al menos dos osciladores: un oscilador primario de alta frecuencia y un oscilador secundario de baja frecuencia. El circuito del oscilador debe colocarse en el mismo lado del tablero que el dispositivo. Coloque el circuito del oscilador cerca de las patillas respectivas del oscilador con no más de 0,5 pulgada (12 mm) entre los componentes del circuito y las patillas.
Los condensadores de carga deben colocarse al lado del oscilador, en el mismo lado de la placa.
Use un vertido de cobre conectado a tierra alrededor del circuito del oscilador para aislarlo de los circuitos circundantes. El vertido de cobre conectado a tierra debe enrutarse directamente a la tierra de la MCU. No ejecute ningún rastro de señal o rastros de potencia dentro del suelo vertido. Además, si usa una tabla de dos caras, evite cualquier rastro en el otro lado de la placa donde se coloca el cristal.
Las sugerencias de diseño se muestran a continuación

Los paquetes en línea se pueden manejar con un diseño de una sola cara que abarca por completo los pines del oscilador. Con paquetes de paso fino, no siempre es posible rodear completamente los pines y componentes. Una solución adecuada es atar las secciones de guarda rotas a una capa de suelo reflejada. En todos los casos, la (s) marca (s) de guardia deben ser devueltas a tierra.
Al planificar el enrutamiento de la aplicación y las asignaciones de E / S, asegúrese de que los pines de puerto adyacentes y otras señales cercanas al oscilador sean benignos (es decir, libres de altas frecuencias, tiempos de subida y bajada cortos y otros ruidos similares).

Entradas / salidas no utilizadas (E / S)

Los pines de E / S no utilizados se deben configurar como salidas y conducir a un estado lógico bajo. Alternativamente, conecte una resistencia de 1 kΩ a 10 kΩ a VSS en los pines no utilizados y conduzca la salida a la lógica baja.

Fuente:  8-Bit PIC® Microcontroller Design Recommendations