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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik AGND Groundplanes und Masseschleifen bei ATMega


Autor: Manuel (Gast)
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Hallo,

zum Titel passend gab es mal eine Diskussion:

Beitrag "AGND bei ATmega8 TQFP"

Leider gab es damals kein Ergebnis und ich stehe heute vor dem gleichen 
Problem. Ich habe den Analogteil und ebenso die Massen getrennt vom 
Digitalteil ausgelegt und nach üblicher Layoutregel genau EINE 
Verbindung zwischen AGND und DGND vorgesehen um Masseschleifen zu 
vermeiden.
Nun ist es aber leider so, dass es gar kein wirkliches AGND beim ATMega 
gibt (auch wenn dies manchmal noch fälschlich in Eagle libraries steht) 
- sondern wie in obigem Thread erkannt wurde nur EIN DGND und fertig.

Was meint ihr - wie sollte man bei diesem Problem vorgehen. Wenn ich 
wirklich genau eine Verbindung zwischen AGND und DGND wollte - soll ich 
diese dann über den ATMega-Pin machen oder AGND gar nicht am Atmega 
anschließen und eine separate Verbindung zwischen AGND und DGND im 
Layout vorsehen?

Gruß,

Manuel

Autor: Peter Roth (gelb)
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Manuel schrieb:
> Wenn ich
> wirklich genau eine Verbindung zwischen AGND und DGND wollte - soll ich
> diese dann über den ATMega-Pin machen oder AGND gar nicht am Atmega
> anschließen und eine separate Verbindung zwischen AGND und DGND im
> Layout vorsehen?

Wenn der Analogteil nur ein paar mA zieht, verbinde ich nur dessen GND 
mit dem AGND des Controllers und sonst nichts. AGND und DGND sind im 
Controller ja bereits an der optimalen Stelle verbunden. Gemessen beim 
Mega88: 1 Ohm bei 500mA. Die paar mV Spannungsdifferenz zwischen den 
GNDs stören nicht, der AGND ist für sich genommen ja praktisch frei von 
Spannungsabfällen.

Beim ADC stehen dann nach meiner Erfahrung auch die kleinen Bits wie 
eine Eins.

Bei über 10mA AGND-Strom würde ich doch eine externe Verbindung der 
Grounds machen, da die Strombelastbarkeit der internen Verbindung nicht 
spezifiziert ist.

Grüße, Peter

PS: dazu gibt es mehr Meinungen als GND-Potenziale.

Autor: Manuel (Gast)
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Hi Peter,

ok - bei mir können es durchaus etwas mehr als 10mA werden. Dann würde 
ich wohl eher den ATMega komplett and DGND hängen und AGND getrennt über 
EINE definierte Stelle verbinden, oder?


Zu deinem letzten Kommentar: Das vermute ich auch :-) Wundert mich, dass 
es noch nicht mehr posts gibt...


Manuel

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Manuel schrieb:
> nach üblicher Layoutregel genau EINE Verbindung zwischen AGND und DGND
> vorgesehen um Masseschleifen zu vermeiden.
Diese Regel ist genausogut, wie die "üblichen" 100nF-Kondensatoren.

> Leider gab es damals kein Ergebnis
... und auch heute nicht, weil wir hier gar nicht wissen, über was wir 
reden...
Fazit: Zeig doch mal das Layout.


Wenn irgendwelche Signale die Isolation zwischen deinen Massen einfach 
überqueren, dann muß der zugehörige Rückstrom dieser Signale einen Umweg 
über deine Punktverbindung machen. Und Umwege für den Strom bedeutet 
gleich Anfälligkeit für Einkopplungen  und  EMV-Störer.

Autor: Otto J. (Gast)
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Ganz einfach: EINE durchgehende Massefläche und fertig. Die Massen zu 
trennen ist ein Relikt und mittlerweile überholt. Allerhöchstens für 
ganz spezielle Anwendung noch interessant.
Ich wende diese Methode nun schon 5 Jahre an mit dem Ergebnis: Jede EMV 
Prüfung bestanden; Jegliche ADC/DAC funktionieren problemlos egal ob 
High Speed oder SigmaDelta; etc..
Worauf du allerdings achten solltest: Nach Möglichkeit den Analog und 
den Digitalteil räumlich trennen und für eine saubere Vcc Ankopplung 
achten. Sprich z.b. 1-10µF KERKOs and die kritischen digitalen Bausteine 
und in Reihe evtl noch eine Induktivität (z.b. 10uH) oder einen 
Breitbandferrit (0805) zur Entkopplung.
Für die Analogen Bausteine reichen meist immer noch die guten alten 
100nF zur Stützung der Versorgungspins

Autor: Manuel (Gast)
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Hallo zusammen,

Danke für die interessanten Tipps.
Das es ein Relikt ist, die Masseflächen zu trennen, wusste ich nicht. 
Deckt sich aber irgendwie mit der Tatsache, dass der ATMega dies gar 
nicht mehr vorsieht, weil ja offensichlich kein extra-Pin zur Verfügung 
steht.

Aber was sind die erwähnten Spezialanwendungen?
Meine Anwendung ist ein Batteriecontroller, der einerseits den 
Batteriestrom überwacht (ein Ende des Shunts liegt auf AGND) und 
andererseits auch die Batteriespannung (HV). Da diese Anwendung (in 
einem Elektromobil) durchaus Potential zu massiven EM-Störungen hat 
wollte ich fragen, ob es dann vielleicht Sinn macht... Wie gesagt, 
Masseschleifen waren die eigentliche Ursache für die Trennung...


Ein solches Layout aus unserem Projekt (open source) findet sich hier:
https://svn.origo.ethz.ch/energex/trunk/mediator/e...

Gruß,
Manuel

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> EINE durchgehende Massefläche und fertig.
Im Allgemeinen: Richtig.

> Die Massen zu trennen ist ein Relikt und mittlerweile überholt.
Wobei Ausnahmen wie immer die Regel bestätigen:
Ein Schaltregler darf durchaus seinen eigenen Massepfad haben. Auch der 
Quarzoszillator hat eine eigene Masseinsel verdient. 
Leistungs(rück)ströme sollten nicht über analoge Signalpfade fließen...
Dies wird allerdings nicht über verschiedene Massen relisiert, sondern 
durch Einfügen von lokalen Isolationbahnen in der Massefläche. Z.B. so 
wie dort im mittleren Bild: 
http://www.lothar-miller.de/s9y/categories/33-Quarz

Autor: Peter Roth (gelb)
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@Manuel (Gast)

Wer im Layout nicht sorgfältig die Schaltungsteile mit viel Strom von 
der Messtechnik trennt, dem kann auch keine Massefläche helfen, wenn 
getaktete und / oder große Ströme quer über die Platine fließen.

Mit einer durchgehenden Massefläche gerät aber immer auch etwas 
"digitaler" Strom in den Analogteil. Bei empfindlicher Sensorik kann das 
zuviel sein. Daher in kritischen Fällen 2 Masseflächen. Dies ist kein 
Relikt, in Extremfällen kann sogar eine Potenzialtrennung nötig sein.

Bei einem Shunt im Leistungsteil ist es je nach den Verhältnissen 
sinnvoll, diesen mit einem Differenzverstärker auszuwerten, weil man 
sonst gezwungen ist, den AGND direkt an den Shunt anzuschließen.

*.BRD-Dateien kann ich leider nicht lesen.

Grüße, Peter

Autor: X- Rocka (x-rocka)
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wenn sich das alles im zweistelligen mA Bereich bewegt, und auch keine 
hohe Frequenzen irgendwo über die Platine laufen: eine Massefläche.

Wie schon erwähnt, aufpassen bei:
- Stromversorgung / Schaltnetzteil (am besten an die Layout-Vorgabe im 
Datenblatt halten)
- analoges räumlich / pinbelegungstechnisch von nicht-statischen 
digitalen Signalen trennen
- die analogen Eingänge vor allem ESD technisch vom Digitalteil 
entkoppeln.

Aber wie gesagt, was und wie's geht, hängt immer von der eigentlichen 
Anwendung ab!

Autor: Manuel (Gast)
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@  X- Rocka

Was sind für dich hohe Frequenzen?
Der Wechselrichter im Twike generiert halt vermutlich Signale im kHz 
Bereich, die mehr oder weniger auf dem Strompfad zu finden sind, also 
auch über dem Shunt und somit im Analogteil....
Also doch trennen?
Und wo verbinden dann? Über den ATMegaPin, oder selbst über eine 
vorgesehene Verbindung?

Gruß,

Manuel

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