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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Massefläche auf mehreren Platinen


Autor: S. Thermann (Gast)
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Hallo!

In einem neuen Projekt würde ich meine Platine gerne modular aufbauen, 
so dass es z.B. eine Platine zur Temperaturmessung, eine mit dem µC etc 
gibt, die später aufeinander gesteckt werden, je nach Anwendung, zumal 
das Platzangebot gering ist.
Auf einigen Platinen befinden sich z.B. ADC und µC, manche sind rein 
analog.

Die eigentliche Frage bezieht sich nun auf die Masseflächen AGND und 
DGND. Diese werden ja bei einer einzelnen Platine in einem Rechteck o.ä. 
miteinander verbunden, aber wie ist es bei mehreren Platinen? Wie ist es 
dort sinnvoll AGND und DGND zu trennen bzw. zusammenzuführen? Einfach 
nur auf der Versorgungsplatine zusammenführen und dann jeweils einzelnd 
mit Steckverbindern herausführen zu den darüberliegenden Platinen?

Welche Möglichkeit wäre sinnvoll?

Danke für eure Anregungen!

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Die meisten Datenblattangaben zu diesem Thema sind Banane. Offenbar 
leben die Schreiber solcher Datenblätter in einem Raumland, das nichts 
mit der Realität zu tun hat. Oft liest man da, daß analoge und digitale 
Masserflächen strickt zu trennen sind und nur an einer Stelle 
zusammengeführt werden sollen. Um die Trennung perfekt zu machen, holt 
man sich für beide Bereiche "getrennte" Versorgungsspannungen.

So etwas ist völliger Quatsch, weil es getrennte Versorgungsspannungen 
nur in der heilen Ja/Nein-Welt der Digitalingenieure gibt. Denke nur an 
Störungen, die aus dem Netz auf die Sekundärseite des Trafos gelangen. 
Führst du alle Masssen wirklich nur unter dem "einen" AD-Wandler auf der 
Platine zusammen, läßt du die Netzstörungen tatsächlich bis zum 
AD-Wandler durchschlagen. Machst du es aber richtig und führst 
HF-Störungen von jeder einzelnen Masse zum Gehäuse oder irgendeinen 
anderen HF-Bezugspunkt (radio frequency plane), sind die Massen bereits 
an einem anderen Punkt miteinander verbunden, für HF-zwar, aber die 
digitale Schaltung erzeugt ja HF. Also hast du schon einen zweiten Pfad 
und deine schöne Trennung ist futsch.

Was die Sache aber dann am Ende völlig absurd macht, ist, wenn du 
mehrere solcher AD-Wandler hast, die alle ihre Massen an nur einem Punkt 
unter ihrem Chip verbunden haben wollen.

Diese unlösbare Aufgabe löst man heute immer öfter so, daß man nur eine 
einzige Masssefläche verwendet und die digitalen und analogen 
Schaltungen und Leiterbahnen räumlich voneinander trennt. Außerdem wird 
viel gefiltert und verdrosselt in solchen Systemen, mit PI-Filtern in 
den Versorgungsleitungen und RC-Filtern in den digitalen Leitungen um 
die Anstiegszeiten zu vergößern und damit die Störungen zu verkleinern.

Eine andere wichtige Maßnahme ist die Verwendung symmetrischer 
Signaltechnik für bestimmte analoge Leitungen, weil auch damit der 
Einfluß von Ground Noise drastisch verringert werden kann. Viele 
AD-Wandler haben bereits symmetrische Eingänge.

Am Anfang mußt du dir erst mal eine RF-Plane suchen, eine 
HF-Bezugsfläche also, auf die du alle HF-Störungen zurückführst, an der 
du alle Kabelschirme festmachst und an die großflächig alle Massen der 
Versorgungsspannungen verbunden werden. Schau mal, wie das die PCs 
machen.

Dann sitzt die Analogelektronik auf einer Massefläche in der Nähe dieser 
RF-Plane. Die digitale Schaltung schiebst du weit weg von dieser 
RF-Plane und der analogen Schaltung, ins Innere der Geräts. Mußt du 
digitale Signale nach außen führen, dann darfst du nur verdrosselte 
Leitungen zur RF-Plane führen. Diese Drossel muß Gleichtaktstörungen 
unterdrücken, also solltest du hierfür eine Gleichtaktdrossel verwenden.

Ich will dir aber nichts vormachen: Wenn du das richtig machen willst, 
mußt du dich tief in die Materie einarbeiten...

Kai Klaas

Autor: christian (Gast)
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Hi!

Also im Prinzip ist eine gemeinsame Masseführung unkritisch (habe ich in 
der Praxis bis jetzt festgestellt; ausser man bewegt sich im HF-Bereich) 
solange man halt grundlegende Entstörkriterien beachtet und deine 
Analogschaltung so an sich stabil ist. Erwartest du, dass der Analogteil 
eher den Digitalteil stört oder umgekehrt?

Gruß Christian

Autor: S. Thermann (Gast)
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Hallo!

Also vielen Dank zunächst für die ausführlichen Antworten!

Da werde ich mich auf jeden Fall noch weiter schlau machen, bevor ich 
mit dem Layouten beginne.

Bisher war bei mir eine Massefläche stets ausreichend, nun allerdings 
werde ich Spannungsänderungen von z.T. <5µV auflösen müssen. Bei einer 
vorigen Platine hatte ich stets Peaks auf der Massefläche durch manche 
digitalen Bauelemente bzw. ICs, so dass die Messergebnisse oft 
verfälscht waren. Daher nun die Idee mit den getrennten Masseflächen, 
die ja wie ihr schon geschrieben habt in vielen AppNotes als Muss 
angepriesen werden.

Aber wie es meist so ist, steht noch viel informieren vor dem Layouten! 
Insbesondere auch zum ADC und dessen Integration.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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5µV? Da brauchst du aber mehr als bloß getrennte Masseflächen... Das 
gibt nix. Da brauchst du extrem rauscharme Bauteile.

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>5µV? Da brauchst du aber mehr als bloß getrennte Masseflächen... Das
>gibt nix. Da brauchst du extrem rauscharme Bauteile.

Mit den 5µV darf man natürlich nicht mal in die Nähe des 
Mikrocontrollers kommen. Etwas entfernt störungsfrei vorverstärken ist 
hier die Devise.

Kai Klaas

Autor: Nachtaktiver (Gast)
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@Karl Klass:

Wie wäre es wenn du einmal einen kleinen Artikel hier im µC.net dazu
verfasst?
Das was du geschrieben hast war gut verständlich und wenn ich bedenke
wie viele AGND-DGND Massentrennungs Threads hier innerhalb einer Woche
aufgetaucht sind wäre das sogar ein sehr nützlicher Artikel.

Wobei die meisten diesen dann  soweiso nicht lesen würden. :-(

Autor: Zwölf Mal Acht (hacky)
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5uV zu messen ist nicht so schwierig, wie es scheint. Wichtig ist dabei 
differentiell zu arbeiten. Dh einen ADC mit Differentialeingaengen zu 
verwenden. Und dann die gesammte Verstaerkungskette vornedran auch 
differentiell zu arbeiten. Bezueglich GND gibt es dann nicht. Den GND 
muss man dann jeweils als GND+irgendwas betrachten.

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