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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zur Masseführung, Datenblatt verwirrt mich


Autor: dodi (Gast)
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Ich habe eine Frage zum PGA2311U (Datenblatt im Anhang):

Ich habe für ein Gerät eine separate Netzteil-Platine vorgesehen, auf 
der ich die ganzen Spannungen generiere, mit gemeinsamer Masse, also 5V 
für Digital, und +-5V für den Analogteil vom Chip.

Im Datenblatt Seite 12 ist aufgemalt, wie ich die Massen anschließen
soll: DGND und AGND an einem Punkt verbinden, 5V auf den Digitalteil und
+-5V auf den Analogteil führen. Aber da sind oben auch so Anschlüsse
gemalt für DGND und AGND - dann hätte ich doch eine Masseschleife gebaut
oder?

Also wenn ich mit je einer Masseleitung von der Netzteil-Platine nach
DGND und AGND gehe, und dann aber die beiden in der Nähe des Chips
verbinde, oder? wie macht man es richtig?

Autor: Michael U. (amiga)
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Hallo,

dodi schrieb:
> Ich habe eine Frage zum PGA2311U (Datenblatt im Anhang):
>
> Ich habe für ein Gerät eine separate Netzteil-Platine vorgesehen, auf
> der ich die ganzen Spannungen generiere, mit gemeinsamer Masse, also 5V
> für Digital, und +-5V für den Analogteil vom Chip.
Das ist dann ein Fehler.

> Im Datenblatt Seite 12 ist aufgemalt, wie ich die Massen anschließen
> soll: DGND und AGND an einem Punkt verbinden, 5V auf den Digitalteil und
> +-5V auf den Analogteil führen. Aber da sind oben auch so Anschlüsse
> gemalt für DGND und AGND - dann hätte ich doch eine Masseschleife gebaut
> oder?
AGND und DGND nur am IC verbinden, Netzteile sind getrennt.

> Also wenn ich mit je einer Masseleitung von der Netzteil-Platine nach
> DGND und AGND gehe, und dann aber die beiden in der Nähe des Chips
> verbinde, oder? wie macht man es richtig?

Probieren, wenn Du das Netzteil nicht ändern kannst...

Gruß aus Berlin
Michael

Autor: dodi (Gast)
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Warum ist eine Netzteilplatine ein Fehler? Da wird ein 12V Akku 
angeschlossen, Ein Regler macht 5V draus und ein DC-DC-Wandler macht 
+-5V. Der Akku hat doch nur eine Masse, wie soll ich die trennen?

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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dodi schrieb:
> Ich habe eine Frage zum PGA2311U (Datenblatt im Anhang):
>
> Ich habe für ein Gerät eine separate Netzteil-Platine vorgesehen, auf
> der ich die ganzen Spannungen generiere, mit gemeinsamer Masse, also 5V
> für Digital, und +-5V für den Analogteil vom Chip.

Hier ist schon der erste Fehler! Die Versorgungsspannungen sollten noch 
strikt getrennt sein - am besten nicht einmal aus der selben 
Trafo-Wicklung sein.

> Im Datenblatt Seite 12 ist aufgemalt, wie ich die Massen anschließen
> soll: DGND und AGND an einem Punkt verbinden, 5V auf den Digitalteil und
> +-5V auf den Analogteil führen. Aber da sind oben auch so Anschlüsse
> gemalt für DGND und AGND - dann hätte ich doch eine Masseschleife gebaut
> oder?

Ganz genau. Und je größer die Fläche ist die diese Schleife umspannt, 
desto größer werden auch induktiv eingekoppelte Störungen.
Wenn das Kind also schon in den Brunnen gefallen ist, hilft nur noch die 
Zuleitungen zu verdrillen, um die eingeschlossene Fläche so klein wie 
möglich zu halten.

> Also wenn ich mit je einer Masseleitung von der Netzteil-Platine nach
> DGND und AGND gehe, und dann aber die beiden in der Nähe des Chips
> verbinde, oder? wie macht man es richtig?

Im Idealfall am besten unmittelbar unter dem IC an einer Stelle 
niederohmig zusammenführen.

Autor: dodi (Gast)
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Also WIE soll ich meine oben beschriebene Netzteilplatine ändern? Noch 
ist sie ja nur ein Schaltplan und nicht gebaut, aber die Versorgung aus 
einem 12V-Akku wird sich nicht ändern (nix Trafo)..

Autor: Jens G. (jensig)
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also wenn das Netzteil schon gemeinsame Masse hat, dann könntest Du 
evtl. die Netzteilmasse (und die einzelnen Ub's) über je eine Drossel an 
die getrennten Platinenmassen führen. Dies sollte zumindest HF-mäßig die 
Masseschleife so einigermaßen auftrennen.

Oder aber Netzteilmasse direkt an der Massezusammenführung auf der 
Platine mit anschließen, und diesen Punkt dann für weitere 
Masseanschlüsse benutzen.

Die getrennte Masse mit nur einem Verbindungspunkt auf der Platine hat 
übrigens nicht einfach nur den Sinn der Vermeidung der 
Störungseinkopplung in eine mögliche Masseschleife, aber primär geht es 
hier erstmal darum, zu vermeiden, daß Masseströme des Digitalteils über 
die Masse des Analogteils und umgekehrt fließt (weil das über die 
dadurch verursachten, nicht vermeidbaren Spannungsabfälle in der Masse 
zu Störungen führen kann).

Autor: dodi (Gast)
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Genau, das Netzteil wird wohl nur eine Masse haben (ich weiß nicht, wie 
ich 2 herstellen soll):




Akku + -> 12V --+--> 5V-Regler -> 5VDigital
                |
                |
                +--> DC-DC-Wandler -> +-5V analog

Akku - -> GND

Autor: Randy (Gast)
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> AGND und DGND nur am IC verbinden, Netzteile sind getrennt.

So lautet die Theorie. nur in der Praxis funktioniert das meistens 
nicht. Weil die Spannungsversorgung vorgegeben ist und man nichts dran 
ändern kann. Oder weil es mehrere ICs mit AGND/DGND gibt.
Diese Appnote meint man solle den ADC komplett an den analogen Ground 
anschließen:
http://www.analog.com/library/analogDialogue/Anniv...

Autor: dodi (Gast)
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Ein Auszug aus dem Text:

A. The same philosophy applies. The DAC’s AGND and DGND pins should be 
tied together and connected to the analog ground plane. If the DAC has 
no input latches, the registers driving the DAC should be referenced and 
grounded to the analog ground plane to prevent digital noise from 
coupling into the analog output.


Also ich verstehe es so, daß der DGND-Pin mit AGND verbunden wird, aber 
beide von der analogen Massefläche abgehen. Ein 100nF kommt dann 
zwischen analoge Masse und 5V digital. Somit fließt der Strom von 
Digitalteil des Chips über AGND zurück, aber nur der, und der 100nF 
sollte Störungen auf der Analogseite vermeiden - richtig so?

Autor: MaWin (Gast)
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> So lautet die Theorie. nur in der Praxis funktioniert das meistens
> nicht. Weil die Spannungsversorgung vorgegeben ist und man nichts dran
> ändern kann.

Na ja, dann hat man halt schlechtere Eigenschaften der Schaltung und 
kommt nicht an die im Datenblatt angegebenen Werte ran.

Keine Arme keine Kekse.

Der Strom des Digitalteils hat halt zeitliche Änderungen und damit 
unterschiedlichen Spannungsabfall über der Zuleitung, aber natürlich 
auch über der Rückleitung. Fliesst der Strom über die Rückleitung über 
dieselbe Leitung wie der Strom des Analogteils, hat das Analogteil 
plötzlich Spannungsschwankungen, denn er sieht ja die Differenz zwischen 
GND und Analogversorgungszuführung. Nur kleine, aber bei Chips mit 100 
und mehr dB Kennwerten schon relevante.

Will man das nicht, braucht man unterschiedliche Masseleitungen und 
daher galavnisch getrennte Spannungsquellen.

Autor: dodi (Gast)
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Also meint Ihr, wenn ich nun mal nur eine und keine 2 getrennten Massen 
habe, dann ist meine Lösung oben (11:51) das kleinste Übel? Oder lieber 
noch anders?

Autor: Jens G. (jensig)
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also ich würde es einfach so machen:

- digatal/analog Masse auf Platine an einem Punkt zusammenführen. Dort, 
wo der IC mit den getrennten Masseanschlüssen sitzt. Hat man mehrere 
solcher IC's drauf, dann dort verbinden, wo der IC mit dem größten 
Störpotential für die Masse (zumindest auf Digitalseite) sitzt

- Netzteilmasse (wenn mit gemeinsamer Masse) ebenfalls dorthinführen

- Hat man mehrere solcher Platinen mit solchen IC's, die irgendwie 
zusammengebastelt werden müssen, wird's komplizierter. Da kommts drauf 
an, ob deren Analogteile miteinander reden müssen, oder deren 
Digitalteile,oder irgendwie alles zusammen, oder auch gar nix, oder ... 
Da muß man sich einfach überlegen, wo die Masseströme so lang gehen, wie 
sehr diese im jeweils anderen Teil bzw. auf den Signalleitungen stören, 
und da die Masse nach besten Wissen und Gewissen und Kompromis legen. 
Den Idealfall wird man da wohl nicht mehr so einfach hinbekommen. Wenn 
es, wie MaWin schon sagte, um jedes dB geht, dann muß man sich eben mehr 
einen kopf machen, und allgemeine Ratschläge kann man dann nicht mehr so 
einfach machen, bzw. sind nicht mehr so einfach mal nebenbei umzusetzen.

- wem die dB's egal sind, der braucht sich um die Masse nicht weiter zu 
kümmern ;-)

Man muß sich also überlegen, wo gehen die durch die (Schalt)Signale 
verursachten Masseströme lang, wie sehr stören die, bzw. wie empfänglich 
ist die gestörte Schaltung dafür, und muß dann halt entscheiden und den 
besten Kompromis suchen. Die Masse darf man sich dabei nicht als einen 
0Ohm-Leiter vorstellen, sondern ist leider ein reales Konstrukt mit R, 
und bei HF auch L und C.

Autor: faraday (Gast)
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Autor: dodi (Gast)
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danke Jens G., das ist doch mal ne konkrete Aussage.

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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Wenn Du schon einen DC/DC-Wandler für die ±5V für den Analogteil 
vorgesehen hast, sorge nur noch dafür, daß die sym. Ausgangsspannung des 
Wandlers galvanisch von der Eingangsspannung getrennt ist (halt 
einen entsprechenden bauen oder fix und fertig kaufen).
Dann kannst Du es so aufbauen/verdrahten wie es laut Datenblatt auch 
ideal wäre und brauchst keine Kompromisse eingehen.

Autor: Hartmut Kraus (Gast)
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Man sollte nmit dem Chip auch sehr Vorsichtig umgehen, er hat es nicht 
so gerne wenn eine der Versorgungsspannungen zu spät kommt. Mir ist 
letztens deswegen mal einer abgeraucht, was nicht so lustig war, da 
diese Chip´s nicht ganz so billig sind.

Autor: dodi (Gast)
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@Raimund

Mir war gar nicht klar, dass diese Wandler idR. galvanisch getrennt 
sind, jetzt habe ich einen passenden gefunden (Anlage), der sollte 
galvanisch getrennt sein, zumindest gibt es einen "Common" - Anschluß, 
mit dem ich AGND versorgen werde.

@alle

Danke für Eure Hilfe!

Autor: Jens G. (jensig)
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@ Hartmut Kraus
>Man sollte nmit dem Chip auch sehr Vorsichtig umgehen, er hat es nicht
>so gerne wenn eine der Versorgungsspannungen zu spät kommt. Mir ist
>letztens deswegen mal einer abgeraucht, was nicht so lustig war, da
>diese Chip´s nicht ganz so billig sind.

jo - sowas sollte im DB stehen. Beim PGA2311U sind es lt. DB
VA+ to VD+. . . . . < ± 0.3V

Nicht gerade viel. Also evtl. (bei wirklich getrennten VA+/VD+) beide 
über antiparallele Schottky's (mit Uf<0,3V) zusammenbinden, oder eben 
doch beide gemeinsam speisen, allerdings über jeweils RC bzw. LC-Tiefpaß 
voneinander entkoppelt.

Oder IC's nehmen, die die volle Spannungsdifferenzen vertragen ;-)

Aber der Hinweis erinnert mich gerade daran, daß ich diesbezüglich auch 
mal wegen einem anderen IC (wo das DB nix dazu sagt) hier herumfragen 
wollte - aber das in einem neuen Thread ...

Autor: Raimund Rabe (corvuscorax)
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dodi schrieb:
> @Raimund
>
> Mir war gar nicht klar, dass diese Wandler idR. galvanisch getrennt
> sind, jetzt habe ich einen passenden gefunden (Anlage), der sollte
> galvanisch getrennt sein, zumindest gibt es einen "Common" - Anschluß,
> mit dem ich AGND versorgen werde.

Dürften funktionieren. Denk aber bitte daran, daß diese DC/DC-Wandler 
ungeregelt sind. Für den von Dir gedachten Einsatz als ±5V-Quelle, 
sollte das aber nicht so kritisch sein - aber zur Sicherheit immer das 
DB des PGA2311 konsultieren und die (absoluten) Grenzwerte beachten. :-)

Das einzige was (grotten-)schlecht ist, ist deren hohe 
Ausgangs-Ripple-Spannung von immerhin 150mVp-p, was bei analogen 
(Audio-)Schaltungen eigentlich unerwünscht ist. Je 'sauberer' die 
Versorgung desto 'sauberer' ist auch das (Audio-)Ausgangssignal. Hier 
würde ich Dir dringend anraten die Ausgangsspannung höher anzusetzen 
(±9V) und dann mit aktiven (z.B. C-Multiplier, Low-Drop-Linearregler, 
...) und/oder passiven (z.B. L-C-)Filtern für mehr 'Ruhe' auf den 
Versorgungsspannungen zu sorgen.

Autor: dodi (Gast)
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ich hab es jetzt mal gemalt.. Die Schottky-Dioden (BAT42) habe ich 
gerade hier rumliegen, aber ich hab nicht ganz kapiert, wie das mit der 
Flußspannung gemeint war - ge höher der Strom, desto höher die 
Flußspannung, bis 1V? Muß ich andere nehmen?

Ungeregelt macht mir nicht so viele Sorgen, der Regler ist angegeben mit 
5%, also 5,25V max, und der PGA hat 5,5V max.

Änderungsvorschläge sind willkommen..

Autor: Jens G. (jensig)
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>ich hab es jetzt mal gemalt.. Die Schottky-Dioden (BAT42) habe ich
<gerade hier rumliegen, aber ich hab nicht ganz kapiert, wie das mit der
>Flußspannung gemeint war - ge höher der Strom, desto höher die
>Flußspannung, bis 1V? Muß ich andere nehmen?

Naja, bei der Diodenbetrachtung interessiert eigentlich nur der max. 
mögliche Ausgleichsstrom zw. den Betriebsspannungen. Der kann (wegen der 
R=82Ohm) eigentlich nur so um die max. 60mA betragen (worst case). Wenn 
die Dioden bei 60mA unter Uf=0.3V bleiben (scheint sehr optimistisch zu 
sein für die BAT42), dürfte der IC zufrieden sein.

Autor: dodi (Gast)
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Also die Spannungsversorgung soll links sein. Wenn jetzt die 5V digital 
schon anliegen und der DCDC erst "hochfahren" muß, hebt D7 die Spannung 
an, aber ich sehe gerade - durch das R/C-Glied erfolgt das zeitversetzt, 
also hat der Chip wieder zuviel Differenz.. die Dioden müssen ganz nach 
rechts im Bild, oder?

Und - ist das so, daß die Flußspannung mit dem Strom steigt? Im 
Datenblatt steht das doch unter VF, oder (Anlage)? demzufolge hätten 
sowohl BAT42 als auch BAT43 zu viel..? Welche Schottky-Dioden sind noch 
gängig und wären geeignet? Hab keine Ahnung von Schottky..

Autor: dodi (Gast)
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Hier mal die korrigierte Fassung. Besser so?

Vielleicht sollte ich mal einen neuen Thread anfangen, mit Masseführung 
hat das ja nicht mehr zu tun..

Autor: Jens G. (jensig)
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jo - so wäre es besser.

Die Frage ist immer bei den max. Ratings der IC's, "wie genau" man 
solche Angaben einhalten muß. Gerade bei solchen 
Differenzspannungsangaben bin ich mir nicht sicher, ob +/-0,3V wirklich 
nicht überschritten werden dürfen, wenn sich dahinter nur ein 
pn-Übergang befindet, der vielleicht ohnehin erst bei vielleicht 0,5V 
significant anfängt zu leiten. Bei 125°C könnten es aber dann schon die 
0,3V sein - blöde ;-) Hätte man noch einen zulässigen Querstrom zw. den 
Pins als Maxrating-Angabe im DB, könnte man die Sache viel besser 
einschätzen.

Ich weis nicht, wie es andere mit so wenig zulässiger Differenz, und mit 
komplett getrennten Spannungsquellen machen. Mir fällt eigentlich für 
den Fall nur ein, einfach eine stärkere Schottky zu nehmen, die bei zu 
erwartendem Ausgleichstrom unter 0,3V bleibt (gabs da nicht irgendwelche 
1SB5xxx ?)

Und ja - Uf steigt (nichtlinear) mit dem Strom ...

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