Hallo Forenmitglieder, beruflich habe ich vor einigen Wochen ein Pojekt übernommen, indem ein medizintechnisches Gerät weiterentwickelt wird. Mein Teil des Projektes ist die Weiterentwicklung eines Aux Boards, das als Herzstück des Gerätes arbeitet. Von hier aus werden alle Einzelkomponenten mit der Versorgungsspannung bedient und die Signalleitungen werden weitergeleitet. Auf dem Board selbst befinden sich auch ein paar 24V Relais. Im Gesamtsystem existieren zwei Netzteile. Eins erzeugt 24 Vdc, das andere 5Vdc und +-15V, zusätzlich muss ich mit einem Festspannungsregler aus den 5 Vdc, 3.3Vdc erzeugen, da der Mikrocontroller (sbRIO 9636) für die digitalen Eingänge diese Spannung braucht. Da ich bzgl EMV noch unerfahren bin, mich aber in der letzten Zeit intensiv in das Thema eingelesen habe, habe ich ein paar Fragen an euch. Natürlich kann ich mit mehr Detail zu dem Projekt rausrucken, sofern das erforderlich ist. Die erste Frage ist, wie ich die Ebenen am besten anordne. Ich habe vor eine komplette Ebene dem Ground (0V aus Netzteilen) zu widmen. Macht es Sinn, wenn ich die anderen Spannungen auch auf eigene Ebnene lege? Zumindest 24V und 5V, da diese oft benutzt werden? Sollte dann die Ground Ebene zwischen 24V und 5V liegen oder eine andere Reihenfolge? Das Gesamtsystem soll am Ende nach ISO 60601 zertifiziert werden und der Schutzklasse 1 genügen. Vom AUX Board werden auch die Datenleitungen zu den Einzelkomponenten einseitig geerdet. Für die Erde auch eine eigene Ebene? Die nächste Frage geht Richtung Ground-Loop: Auf dem sbRIO existieren viele analoge und digitale GND Pins, müssen diese alle mit der GND Ebene des AUX Boards verbunden werden, oder reicht es wenn ich nur den GND der Versorgungsspannung des sbRIOs mit dem GND des AUX Boards verbinde, da alle grounds auf dem sbRIO verbunden sind? Das geht nach meinem Verständniss eher Richtung Sternanschluss und vermeidet Loops, wenn ich nur eine GND Verbindung habe. Ist es denn okey wenn alle Signale über eine Ader wieder zurück zum AUX Board fließen? Es fällt mir etwas schwer so ein Gesamtsystem in wenigen Worten ausreichend zu beschrieben. Ich hoffe, Ihr könnt damit etwas anfangen. Beste Grüße, Markus
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Markus Wallentin schrieb: Hallo, > Die erste Frage ist, wie ich die Ebenen am besten anordne. Ich habe vor > eine komplette Ebene dem Ground (0V aus Netzteilen) zu widmen. zumindest bei einem Layout mit mehr als 2 Ebenen ist das gängige Praxis. Bei 4 Eebene werden z.B. die mittleren Ebenen oft als Powerplanes genutzt. Zu Details siehe z.B. http://wiki.fed.de/images/0/00/PG-Design-Powerplane.pdf > Macht es > Sinn, wenn ich die anderen Spannungen auch auf eigene Ebnene lege? Ja. 24V evtl. weniger problematisch, wenn da keine hohen Frequenzen vorkommen, aber 5V und 3,3V sowei auch separate Bereiche mit gelv,. getrennten Versorgungsspannungen. > Zumindest 24V und 5V, da diese oft benutzt werden? Sollte dann die > Ground Ebene zwischen 24V und 5V liegen oder eine andere Reihenfolge? Die gängige Reihenfolge wäre für 4 Ebenen: Signal-Us-Masse-Signal Zwischen den inneren Ebene ist eine möglichst geringe Kerndicke anzustreben, um einen max. kapazitätsbelag der Powerplanes zu erreichen. Rede mit dem Hersteller, was technologisch ohne erhöhte Kosten machbar ist (z.B. 100...150um). > Das Gesamtsystem soll am Ende nach ISO 60601 zertifiziert werden und der > Schutzklasse 1 genügen. Lese die Normen ausführlich und beachte alle relvanten Details. > Vom AUX Board werden auch die Datenleitungen zu den Einzelkomponenten > einseitig geerdet. Für die Erde auch eine eigene Ebene? ??? Erde bezieht sich eher auf elektrische Sicherheit. Geht es dabei aber nicht vielmehr um EMV (Störsicherheit)? > Die nächste Frage geht Richtung Ground-Loop: Auf dem sbRIO existieren > viele analoge und digitale GND Pins, müssen diese alle mit der GND Ebene > des AUX Boards verbunden werden, oder reicht es wenn ich nur den GND der > Versorgungsspannung des sbRIOs mit dem GND des AUX Boards verbinde, da > alle grounds auf dem sbRIO verbunden sind? Das geht nach meinem > Verständniss eher Richtung Sternanschluss und vermeidet Loops, wenn ich > nur eine GND Verbindung habe. Ist es denn okey wenn alle Signale über > eine Ader wieder zurück zum AUX Board fließen? Niemand wird dir hier ein Kochrezept geben können, ohne Einsicht in die Details des Gesamtkonzeptes. Ob Loops überhaupt kritisch sind, hängt ja auch stark davon ab, welche Ströme über welche Impedanzen fließen und wie störempfindlich die betrachteten Schaltungen sind. Sternförmige Anordnungen mit möglichst niederimpedanten Anschlüssen sind ein mögliches Konzept, das zum Erfolg führt. Gruß Öletronika
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Eigentlich heissen solche Boards nicht AUX sondern MAIN. Zentraler Massepunkt und sternförmige Verdrahtung, Relais sind Störenfriede denn Kontaktfunken funken, d.h. gehen durch die Luft, also Entfernung hilft. Man BRAUCHT keine Masseebene, der Strom fliesst auch auf ihr auf dem kürzesten Weg bzw. Unter der Hinleitung, aber man sollte Leiterschleufen und Schlitasntennen vermeiden. Ich würde für die Versorgung keine Flächen reservieren, sondern wenn nan für Masse eine hat, dann eine andere die je nach Ort 5V, 3.3V, 24V führt und abgeblockt ist. ALLE 3.3V Anschlüsse des sbRIO sind anzuschliessen, gehen zusammen auf eine Fläche.
Zuerst einmal vielen Dank für die hilfreichen Antworten. >Die gängige Reihenfolge wäre für 4 Ebenen: Signal-Us-Masse-Signal >Zwischen den inneren Ebene ist eine möglichst geringe Kerndicke >anzustreben, um einen max. kapazitätsbelag der Powerplanes zu erreichen. >Rede mit dem Hersteller, was technologisch ohne erhöhte Kosten machbar >ist (z.B. 100...150um). Dann werde ich auf die Us Ebene alle 24V, 5V und +-15V legen und die Ebene dann in Quadranten aufteilen. Zwischen welche Ebene kommt dann die Trägerebene? >??? Erde bezieht sich eher auf elektrische Sicherheit. >Geht es dabei aber nicht vielmehr um EMV (Störsicherheit)? Ich hab gelesen dass eine gute Abschirmung der Kabel durch erden des Schirms erfolgt. Das sbRIO hat eine Klemme mit der man das Board erden kann (Shield). Bei den RS232 Anschlüssen kann man dann diesen Shield an das Kabel anschließen. Das habe ich auch mit meinem AUX Board vor. http://www.pci-card.com/phoenix-emv-leitfaden.pdf >Zentraler Massepunkt und sternförmige Verdrahtung, Relais sind >Störenfriede denn Kontaktfunken funken, d.h. gehen durch die Luft, also >Entfernung hilft. Danke für den Tip, ich werde zu meinem AUX (oder MAIN) Board noch ein Relais Board erzeugen um da ein wenig Abstand zu schaffen Gruß, Markus
Angesichts des nicht so trivialen Designs würde ich in jedem Falle wenigstens 4-Layer einplanen - 2-seitig macht da sehr schnell Probleme. Vor allem ist mixed-signal, also eng benachbarte digital- und analog-Technik, ein tückisches Thema.
Hallo zusammen, zu meinem Projekt habe ich erneut eine Frage und brauche eure Hilfe. Es geht um Photodiodensignale. In dem System befinden sich zwei Photodioden, die Signale in einem sehr kleinem Strom liefern (einige nA). Die Dioden sind an einen Transimpedance-Platine (Zukaufteil) angeschlossen, die mit einer Verstärkung von 10^6 V/A das Signal in einige mV umwandelt. Das Signal wir dann über die analogen Eingänge des sbRIO (differential) ausgewertet. Das System existierte bereits und funktioniert auch soweit. Leider sind die Signale aber störempfindlich. Die Photodioden (redundant) detektieren einen Fehlersignal und lösen dann möglichst schnell eine Abschaltung aus. Das Fehlersignal ist ähnlich einer Rechteckfunktion, also eine steile Flanke. Ich habe jetzt vor die Photodioden über einen SMA Anschluss mit Antennenkabel mit dem Verstärker zu verbinden. Meine Frage ist, ob ich vom Verstärker weiter zum sbRIO auch mit einem Antennenkabel weitergehen soll oder beide Signale in ein abgeschirmtes Kabel stecken und den Schirm mit dem Shield verbinden soll? Welche Variante wird wohl eine bessere Entstörung erzeugen? Was meint Ihr? Oder mache ich etwas grundsätzlich falsch? Beste Grüsse, Markus
Hallo, > Photodioden, > die Signale in einem sehr kleinem Strom liefern (einige nA). Das sind ja noch recht angenehme Ströme. > Die Dioden sind an einen Transimpedance-Platine (Zukaufteil) Warum ist das ein Kaufteil? Da geht man oft Kompromisse ein. > angeschlossen, die mit einer Verstärkung von 10^6 V/A das Signal in > einige mV umwandelt. Ich entwickle optoelektronische Messgeräte (z.B. für Streulichtmessung) da ist die max. Verstärkung oft noch um Faktor 10...200 höher. Wie ist die Transimpedanz-Schaltung konfiguriert? Finde die Ursache für die Störungen. Bei sauberen Design sollte es kein Problem sein, die ziemlich störsicher zu bekommen. > Das Signal wir dann über die analogen Eingänge des > sbRIO (differential) ausgewertet. > Ich habe jetzt vor die Photodioden über einen SMA Anschluss mit > Antennenkabel mit dem Verstärker zu verbinden. Wenn möglich, sollte man zwischen Fotodioden und Verstärker so kurze Leitungen haben, wie überhaupt möglich. Koaxkabel mit den SMA-Steckern sind natürlich auch nicht schlecht, sofern die Kabelkapazitäten die Dynamik nicht zu sehr beeinflussen. > Meine Frage ist, ob ich vom Verstärker weiter zum sbRIO auch mit einem > Antennenkabel weitergehen soll Wenn man schon eine große Verstärkung hinter sich hat und aus einem OPV mit niedriger Impedanz kommt, sollte der Einfluss von Störungen entsprechend gering sein. Da dürfte solch Aufwand nicht mehr nötig sein. > oder beide Signale in ein abgeschirmtes > Kabel stecken und den Schirm mit dem Shield verbinden soll? > Welche Variante wird wohl eine bessere Entstörung erzeugen? Was meint > Ihr? Hast du denn überhaupt eine Ahnung, woher die Störungen kommen? Werden die von außen eingestreut oder ist es evtl. elektrische Übersprechen von Signalen in der Schaltung, evtl. auch vom Ausgang auf den Eingang des Transimpedanzverst. ? Auch Rippel auf Stromversorgungen können sich bei so hohen Verstärkungen leicht bemerkbar machen. Ich habe da zwar einige Erfahrungen, aber ohne selber das ganze Design genau zu kennen, kann man schlecht einen guten Rat geben. Gruß Öletronika
U. M. schrieb: > Die gängige Reihenfolge wäre für 4 Ebenen: Signal-Us-Masse-Signal > Zwischen den inneren Ebene ist eine möglichst geringe Kerndicke > anzustreben, um einen max. kapazitätsbelag der Powerplanes zu erreichen. > Rede mit dem Hersteller, was technologisch ohne erhöhte Kosten machbar > ist (z.B. 100...150um). Das bringt ein paar wenige nF, wenn überhaupt aber die Platinen werden dadurch mit Sicherheit teurer. Besonders wenn man 1,6mm Dicke haben will. Denn das dickste Prepreg, welches ich kenne ist das 7628 mit ca. 0,18mm Dicke. mehr als 3 Prepregs wird kaum ein Hersteller übereinanderstapeln, d.h. du kannst maximal ca. 1,1mm Dicke dadurch erzielen. Wenn dann die Kernlage bei 0,1mm ist, ist man bei 1,2mm Aber auf 1,6 kommt man so nicht. Die Mähr von der Kondensatorwirkung der Powerplanes wird halt immer noch gern zitiert. Dabei ist es, bis auf ganz wenige Einzelfälle, fast immer nutzlos.
Hallo, > Christian B. schrieb: > Das bringt ein paar wenige nF, wenn überhaupt aber die Platinen werden > dadurch mit Sicherheit teurer. Wir machen das so seit ewigen Zeiten mit Standarddicke 1,6mm. Der Aufbau ist kein Problem für die LPL-Hersteller, bei denen wir fertigen lassen. Ich habe noch nicht gehört, dass bei solchem Aufbau relevante Mehrkosten entstanden sind. >Besonders wenn man 1,6mm Dicke haben will. Das ist bei uns die Standarddicke. > Denn das dickste Prepreg, welches ich kenne ist das 7628 mit ca. 0,18mm > Dicke. mehr als 3 Prepregs wird kaum ein Hersteller übereinanderstapeln, > d.h. du kannst maximal ca. 1,1mm Dicke dadurch erzielen. Wenn dann die > Kernlage bei 0,1mm ist, ist man bei 1,2mm Aber auf 1,6 kommt man so > nicht. Offensichtlich ist das kein wirkliches Problem. > Die Mähr von der Kondensatorwirkung der Powerplanes wird halt immer noch > gern zitiert. Dabei ist es, bis auf ganz wenige Einzelfälle, fast immer > nutzlos. EMV-Prüfungen gehen bei bestimmten Elektroniken bis 4GHz. Da sind selbst kleine Effekte manchmal sehr relvant, so z.B. die Impedanzen an Durchkontaktierungen und die HF-Eigenschaften von MLCC. Die Powerplanes habe da unter Umständen schon einen nicht vernachlässigbaren Einfluss. Natürlich wird man nicht immer eine Grundlagenentwicklung draus machen, sondern das machen, was nach besten Wissen Erfolg verspricht. Ein paar Cent Mehrkosten bei den LPL würden da rein weg gar keine Rolle spielen. Immerhin bin ich mit meinen Elektroniken seit fast 20 Jahren bei keiner EMV-Prüfung durchgefallen (und das waren nicht wenige). Gruß Öletronika
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