Hallo Endlich habe ich meine erste miniatur µC Platine fertiggestellt und sie funktioniert sogar. Nur leider nicht besonders gut, auf den Signalleitungen messe ich ca 400mV graues Rauschen sobald der Prozessor aktiv ist. Schläft der Prozessor ist das Rauschen vernachlässigbar gering. Weil ich bisher damit keine besonderen Probleme hatte hab ich natürlich beim Layout der Platine einige Fehler gemacht. So sind z.B. Analog von Digitalmasse nicht getrennt. Auch die Versorgungsleitungen von analog und digitalteil sind nicht seperat ausgeführt. Versorgungsleitungen sind nicht breiter ausgeführt. Dafür liegen alle größeren Flächen auf ground und einige wichtige Leitungen habe ich mit 100nF gegen Ground entstört. Jetzt wollte ich Fragen, ob eurer Meinung nach die Layoutfehler ausreichen um 400mV Rauschen erklären zu können, oder ob da etwas anderes gewaltig schief gegangen sein muss? Kann das Rauschen alleine durch den selbst geätzten Print und unsauberes Löten entstehen? Die Platine ist übrigens ca 40x60mm groß, Leiterbahnabstand und breite sind minimal 8mil, der Prozessor läuft mit 16Mhz und zieht max 9mA. Die gesamte Platine zieht max. 25mA Beim Rauschen habe ich keine besonderheiten oder Regelmäßigkeiten feststellen können, ausser eben, dass es nur rauscht wenn der Prozessor läuft. (wobei es egal ist ob er vom Oszillator oder von intRC getaktet wird.) Danke für Tipps! lg
Angehängte Dateien:
-
DSC01649.JPG
100 KB
400mV Rauschen ist schon ne heftige Nummer. Aber kann mir kaum vorstellen, dass das nur durchs Layout kommt. In welcher Umgebung misst du denn? Dicken Rechner, Motor oder Industrieumgebung nebenan? Und Schaltplan wäre ganz nett. Hast an allen VCC Leitungen des µC mindestens 100nF dran? Sicher, dass die verlötet sind? Auf dem Foto sehen die Lötungen nicht so pralle aus...
Hi, ich gehe mal davon aus das sich die 400mV summieren, einen Teil hat Du selbst erwähnt. Wichtig ist was hinrikj sagt, viele 0.1yf an die Versorgungsleitung immer in der Nähe von IC´s, weiter ist auch noch zusätzlich Kolophonium vom Löten zwischen den Kontakten, muß deshalb sauber gemacht werden, ( habe selbst schon bei einer NF - Platine einen Kurzschluß gehabt ) alles in Allem die Summe macht´s. Gruss Peter
Hi, hat du eigentlich deinen Quartz mit den erforderlichen Kondensatoren versehen? kann man nicht wirklich erkennen. Währe zumindest denkbar weil du ja sagst das der nur schwingt wenn der aktiv ist mfg
Auf dem Draht ist GND oder? Ist vielleicht auch nicht das Beste. Vielleicht wäre es auch nicht blöd gewesen, die Ground-Fläche, wenn es denn eine ist, ein bisschen größer zu machen.. so ist sie oben abgeschnitten und nicht verbunden.
was mich ein wenig stört bzw verwundert auf der platine ist der elko... der sieht so aus als währe er verpolt oder sehe ich das nur falsch? mfg
Sollte GND nicht verbunden sein, misst du natürlich Mist! Ich kenn das von meinem Scope. Wenn das nicht "vernünftig" auf Masse liegt, gibt es auch teilweise den richtigen Wert raus. Aber nur mit ner Menge rauschen. Messgeräte gut verbinden!
Hallo, Danke schon mal für die Antworten! @Henrik In der Umgebung steht nur mein Rechner, denke nicht, dass die Umgebung wirklich starken Einfluss darauf hat, weil das Rauschen ja nur so stark ist sobald der µC aus dem Sleep kommt. Die Schaltung hab ich angehängt (leider nur als eagle .sch der Screenshot wäre unleserlich geworden) @Peter Danke für den Tipp, wird beim nächsten Layout gemacht. @Firewire, ja hab ich, leider tritt das problem auch auf wenn der µC mit internem Schwingkreis läuft @ Dave Nein auf dem Draht ist kein Ground, den musste ich nachträglich machen weil eine Leitung beim Löten draufgegangen ist. Die Groundfläche ist oben verbunden, man sieht es etwas schlecht. Alle größeren Flächen sind auf Ground, manche kleineren noch nicht, das wird noch nachgeholt. @ FireWire Ja gut erkannt, wirklich, es sieht aber leider nur so aus, weil das der einzige Elko ist den ich kenne der den Strich auf der + Seite hat. Alleine das hat mich ca. 1h beim debuggen gekostet.. Extrem lästig sowas. also insgesamt gesehen kann es durchaus durch die Layout Mängel zu 400mV rauschen kommen? Denkt ihr es würde helfen wenn ich die Platine bei einer Firma ätzen lasse (brauche ohnehin 10Stück davon) Ich denke nämlich dass durch die teilweise überätzten leiterbahnen zu hohe Leitungswiderstände auch mit ein Grund sein könnten. Leider ist 8mil das untere Limit das ich mit meinem Belichtungsgerät + Photowanne hinbekomme. lg
Ich denke nicht, dass eine prof. gefertigte Platine wesentlich besser im Rauschverhalten ist. Es sollte sich auch im Eigenbau auf ein vernünftiges Maß bringen lassen. Dies nur als Hinweis, denn wäre schade um das Geld.
Klar gerne! Danke dass du dir die Arbeit machst da mal genauer drüberzuschauen! lg
Sorry wenn ich poste ohne was zum Thema beitragen zu können. Aber Wuxi V2 macht mich neugierig. Hat das was mit der Stadt in China zu tun?
Hab mal den Schaltplan und Layout angeschaut. Musst dich nicht wundern, dass das Ding rauscht. An keinen der VCC Pins am Controller ist ein Kondesator. Der LM358 kann auch einen vertragen. Grundsätzlich an jedes IC 100nF. Dann wird das sicher besser werden! Mach ma. Entweder normale Kondensatoren hucke-pack auflöten. Oder einfacher, da du ja keinen Lötstopplack drauf hast, einfach nen SMD Kondesator zwischen VCC Leiterbahn und deiner Massefläche braten.
Und was ich gerade sehe und ich mir durchaus kritisch vorstelle -> Der AS1325 scheint mir ein Schaltregler zu sein. Dessen Ausgang hängt an seinem Shutdown Pin. Jetzt muss der Schaltregler quasi erstmal irgendwie anlaufen. Das kann er nicht, wenn er sich selber ausschaltet. Wundert mich, dass das überhaupt geht. Bzw vielleicht kommen vielleicht da gerade deine 400mV rauschen her. Diese Kombi erscheint mir gr nicht gut. Hängt den Shutdown lieber an die Batteriespannung (falls der Pin das aushält -> Datenblatt). Ansonsten Widerstand und Z-Diode reinsetzen, der den Pin auf High hält. Beim Reset das gleich in grün. Mit Widerstand und Z-Diode an die Batteriespannung! Das wird auch sicher helfen.
Und ein letztes noch, bevor du die Änderungen machst -> Im Schakltplan ist es nicht schön, wenn man Leiterzüge durch Komponenten durchzeichnet (beim PIC Pin 8-11). Geht zwar, sieht aber nicht schick aus.
Ja ja, die Tantal-Kondensatoren und ihr Strich an der Anode - immer wieder für eine Überraschung gut ;-) Generell solltest du auch darauf achten, die Leiterbahnen nicht im 90°-Winkel oder steiler abzweigen zu lassen, sonst kannst du dir Signalreflektionen und damit Einstrahlungen auf andere Leiterbahnen einhandeln.
@HenrikJ Danke für das genaue Review. Werde am Mo mal schaun in wie weit ich die Platine damit noch retten kann, ansonsten werd ich das natürlich beim nächsten Layout machen. Wenn man drüber nachdenkt ist die Verbindung zwischen Shutdown und Out beim Schaltregler wirklich etwas seltsam, aber AustriaMicrosystems werden sich schon was dabei gedacht haben, im Datenblatt steht: "Note: If pin SHDNN is not used, it should be connected directly to pin OUT." Werd aber trotzdem mal schaun ob es was bringt eine Zehnerdiode reinzuhängen, danke. Die 400mV kommen aber nicht von dort, sonst hätte ich das Rauschen ja ständig. lg
Stimmt schon. Finde das auch etwas strange. Hätte jetzt da den Kasus Knaktus vermutet. Aber wenn das sogar so im Datenblatt steht... schulter zuck Die 100nF an den µC müssen aber auf jeden Fall ran. Viel Spaß beim experimentieren. Ich hab die Erfahrunge gemacht, dass Kapazitäten bei solchen Boards fast nie schaden können. Ruhig großzügig damit umgehen. :)
und ich habe die erfahrung gemacht dass die C's meist völlig überbewertet sind. aber poste bitte ob's was gebracht hat (ich vermute eher nicht). pumpkin
C's sind auf keinen Fall überbewertet. Sie bringen nur nichts, wenn sie falsch platziert und dimensioniert sind. 100nF ist nur ein Richtwert, der wahrscheinlich in den meisten Controllerschaltungen zufriedenstellend funktioniert. Ratsam ist es jedoch Kondensatoren aus mehreren Dekaden zu mischen. Man könnte also zu dem 100nF auch noch einen 1nF oder 10pF geben. Der Grund dafür ist simpel... unterschiedliche Frequenzen (Störungen) werden durch unterschiedliche Kapazitätswerte "ausgeglichen". Es gilt also: Für hohe Frequenzen kleine Werte, für kleine Frequenzen niedrige Werte. Probiers einfach aus unterschiedliche Werte zu bestücken. Willst du beispielsweise insgesamt 100nF Bufferkapazität haben, dann macht es einen Unterschied ob du nun zwei 100nF in parallel nimmst oder 150nF, 10nF, 10pF... Die Platzierung ist ebenfalls sehr wichtig. So nah wie möglich zum entsprechenden Pin, wobei die Wirkung dieses Kondensators berechenbar ist. Man kann also berechnen wie weit der Kondenstor maximal vom Pin entfernt sein kann, um seine Wirkung noch zu gewähren. Dazu verweise ich auf Google. Prinzipiell ist es aber so, dass die Kapazitätswerte mit den niedrigeren Werten näher beim Pin sein müssen. Wenn du keine Fills für VCC hast, dann achte darauf wie der Strom fließt. Zuerst in den Kondensator dann zum Pin. Wenn du Fills hast, dann kontaktiere den Pin umgehend zu diesem Fill. Den Kondensator platzierst du neben dem Pin und kontaktierst ebenfalls auf den Pin. Ein VCC und GND Fill bilden dann einen relativ großen Plattenkondensator. Achte drauf, dass GND und VCC Verbindungen so kurz wie möglich sind um Induktivitäten und parasitäre Widerstände zu vermeiden. Verwende Ferrite um Störausstrahlung zu vermeiden. Je nach Störung musst du aber den richtigen Ferrit auswählen. Beim Schaltregler achte drauf, dass du Tantalelkos am Ausgang mit geringem ESR verwendest. Achte auch drauf, dass der Kapazitätswert für deine Schaltung ausreichend ist. Ich hatte mal das selbe Problem, da konnte der Schaltregler nicht stabil laufen. Ein 470uF + 100uF Kondensator löste das Problem. Im Internet gibt es sehr viele "PCB Design Guidelines" (von Xilinx z.B.). Such im Google danach und du wirst lernen wie man perfekte Layouts macht. Ach übrigens, verwende SMD Bauteile, hat einen großen Einfluss auf Störaussendung. Ist das überhaupt Rauschen oder hast du einen sinusförmigen Ripple, der vom Quarz stammen kann? Kannst du bei deinem Oszi eine FFT machen???
Hi Thomas, endlich mal einer der es ordentlich und gut beschreibt. Viele Detais werden nämlich leider beim Layout völlig falsch gemacht. Grade die Geschichte mit der Position des Entstörkondensators, die vor und nicht hinter dem Bauteil erfolgen sollte. (Also leitung duch den C) Gruß Marc989
Ich habe die Erfahrung gemacht, dass nicht zusammenhängende Masseflächen, wie man sie durch einfaches Aufziehen eines Rechtecks definiert (TOP oder Bottom und als GND definiert), ein nicht zu unterschätzendes Übersprechen und Rauschen erzeugen. Die Flächen müssen also wirklich mit Masse verbunden sein und nicht nur in der Gegend rumhängen. Schon bei deinem ersten Bild (JPG) habe ich einige solcher Flächen entdeckt.
Auch wenn es preislich einen Unterschied macht würde ich einen separaten VCC und GND Layer bei kritischen Designs (z.B. Audioschaltungen, HF Schaltungen) empfehlen. Diese Layer dürfen aber keinerlei Leiterbahnen, also Unterbrechungen aufweisen, um nicht ihre Wirkung zu verlieren oder sogar zusätzliche Störungen (z.B. Schlitzantennen) hervorzurufen. Kreuzen sich beispielsweise zwei Leitungen auf zwei aufeinanderfolgenden Layern, dann kommt es beim Schnittpunkt zu Impedanzsprüngen (ja, Leiterbahnen haben Einfluss auf andere Leiterbahnen), was zu einer "Verschlechterung" und Reflexion des Signals führt, da diese Leitungen kein Bezugspotential haben. Durch VCC/GND Layers vermeidet man solche Umstände. Außerdem muss immer daran gedacht werden, dass es für einen Hinleiter auch einen Rückleiter gibt, der in diesem Fall eben diese Massefläche ist. Bekanntlich geht der Strom den geringsten Widerstand, deswegen dürfen auf GND und VCC Layer keine Leiterbahnen sein. Prinzipiell ist es auch wichtig daran zu denken, dass die Leiterbahnen an den Außenlayern so kurz wie möglich zu halten sind um keine Störungen auszusenden und aufzunehmen. Noch was zu den Schaltreglern. Ich kann mir leider die Eagle Datein nicht ansehen, da ich Eagle nicht besitze, aber wenn der Schaltregler nicht als komplettes integriertes System aufgebaut ist sondern diskret, dann solltest du auch auf den Stromfluss achten. Kurze Verbindung von Wandler zur Spule und kurze Feedbackstrecken. Versorgungsleitungen: So dick wie möglich, dadurch verringerst du parasitäre Impedanzen (besser sind natürlich Fills). Führe digitale Versorgungsleitungen nie durch analoge Bereiche, auch nicht auf anderen Layern. Trenne digital und analog so gut wie möglich. Achte darauf, dass die Rückführung von rauschenden digitalen Strömen nicht quer übers Board geht. Platziere also rauschende Quellen eher nahe deiner Versorgung und rauscharme Bereiche weiter weg. Sinnvoll wäre auch für rauscharme Bereiche eine separate Rückführung zu machen um die Störausbreitung auf Masse zu reduzieren. Analoge Masse und digitale Masse darf nicht vermischt werden, sie sollte nur an einem Punkt verbunden sein, es sei denn im Datenblatt des entsprechenden analogen Chips wird etwas anderes vorgeschlagen. Die Verbindung darf nicht über Ferrite geschehen, auch wenn es solche Schaltpläne im Netz gibt!!! Ferrite haben einen RDC, auch wenn dieser minimal ist, hat man dann dennoch Potentialunterschiede zwischen DGND und AGND. Am besten ist, man macht das mit 0R Widerständen wobei man hier qualitativ hochwertige Komponenten nehmen sollte um den parasitären Widerstand zu vermeiden (RDC). Sollte die analoge Versorgungsspannung von der digitalen Spannung abgeleitet werden sollte am Board eine Filterschaltung vorgesehen werden. Ob diese dann bestückt wird hängt je nach gemessener Störung ab. Praktisch könnte man einen Keramikkondensator auf Masse, einen Ferrit auf die Leitung und anschließend wieder einen Keramikkondensator auf Masse hängen und fertig ist eine simple Filterschaltung. Sollte das nicht reichen könnte man auch entsprechende Induktivitäten und Drosseln verwenden wobei diese eher kritisch was Strom- und Platzbedarf betrifft. Apropos Versorgung, verwende rauscharme Linearregler bzw. Schaltregler. --------------------------------- http://www.poms-engineering.at
Dazu kann ich nur das sehr gute Buch "EMV, Störungssicherer Aufbau elektronischer Schaltungen" empfehlen. ISBN: 3-519-10397-4 Ist zwar nich ganz billig, und auch nicht ganz einfach zu verstehen. Aber da wird dem Problem EMV wirklich 100tig auf den Grund gegangen. Grüsse aus der Schweiz
> Man könnte also zu dem 100nF auch noch einen 1nF oder 10pF geben. > Der Grund dafür ist simpel... unterschiedliche Frequenzen (Störungen) > werden durch unterschiedliche Kapazitätswerte "ausgeglichen". Das ist nur teilweise richtig, zumindest aber nicht vollständig erklärt. Parallel geschaltene Kapazitäten addieren sich. Wenn du einen 100nF und einen 1nF parallel schaltest hast du in Summe das gleiche wie ein einzelner 101nF Kondensator. Der Unterschied liegt im Detail der Konstruktion. Da höhere Kapaziäten nur durch Faltung/aufrollen der einzelnen Elektroden auf kleinem Raum produziert werden können kommt also produktionsbedingt ein gewisser induktiver und resistiver Anteil hinzu. In Summe ergibt sich ein RLC Glied, welches extrem hohe Frequenzen (aufgrund der induktiven Dämpfung im 'Kurzschlußpfad') wieder passieren läßt. In der Praxis liegt der Frequenzbereich in dem sich dieses Bandpaßverhalten auswirkt aber weit (mehrere 10er Potenzen) über der RC - Frequenz (R*C= Frequenz bei dem eine Dämpfung von -3db oder 1/sqrt(2) eintritt). Bei MCs würde ich gefühlsmäßig einmal davon ausgehen das man das nicht braucht. Ein anderer Fall ist zB eine rückgekoppelte Analogschaltung, die bei einer n-ten Oberwelle zu schwingen beginnen könnte. lg, strub
Jein, statisch gesehen ist die Gesamtkapazität von parallel geschalteten Kapazitäten die Summe der einzelnen Wert, dynamisch gesehen macht es schon einen gewaltigen Unterschied. Ich muss Strub schon recht geben, für einfach Mikrocontrollerschaltungen sind 100nF ausreichend, für DSP Schaltungen mit 500MHz oder mehr führt ein Mix aus mehreren Kondensatorwerten zu einem messbar besseren Ergebnis. Einfach ausprobieren!!
Hallo! Ein Herzliches Dankeschön an alle die beigetragen haben diese Prototypenplatine noch zu retten! Hab jetzt den ganzen Tag Kapazitäten ans Board gelötet und teilweise Leitungen neu verlegt um nach Thomas P zu gewährleisten, dass der Strom zuerst in den Kondensator fließt und nicht umgekehrt. Damit habe ichs immerhin geschafft von meinen ca. 400mV auf für die Schaltung akzeptable 50mV runter zu kommen. Offensichtlich gingen die 400mV fast ausschließlich auf das Fehlen der Entstörkapazitäten direkt am µC zurück. Alleine nachdem ich dort 100nF angelötet hatte war ich schon mal auf 150mV unten. Im Prinzip habe ich nur 100nF zum Entstören und 22µF als Bufferspeicher parallel eingelötet und das wars. Ein L-C Tiefpass noch am Anfang nach dem Schaltregler um die Versorgung sauber zu bekommen war auch recht wichtig. 50mV sind natürlich auch nicht nichts, ich nehme an der Rest ist auf schwebende Kupferflächen und schlechte Übergangswiderstände der Pads zurückzuführen. Da werde ich beim nächsten Layout genauer arbeiten. Danke nochmal ihr seit super!
50mV ist bei 5V Versorgung durchaus akzeptabel. Ganz weg bekommen wirst es ohnehin nicht, weil durch das Messverfahren selbst hast schon Rauschen. Na dann weißt du wenigstens auf was du in Zukunft achten musst. Viel Spaß noch.
Sehr interessantes Thema! Welche 100nF / 1nF Kondensatoren sind dann zum Abblocken besser, SMD 0805 oder bedrahtete Cs? Gruss Andi
Völlig wurscht. Bedrahtete laufen seit Jahrzehnten ebenso gut wie SMD.
Naja, nicht ganz, bei SMD Kondensatoren hast du kürzere "Anschlussdrähte". Dadurch verringern sich auch die parasitären Größen. Zudem können sie , weil kleiner, näher an den ICs plaziert werden. In dem Frequenzbereich, in dem Microcontroller arbeiten, spielt das sicherlich keine so große Rolle, dass macht sich erst bei FPGAs, DSPs o.ä. bemerkbar.
> dass macht sich erst bei FPGAs, DSPs o.ä. bemerkbar.
dem kann ich mich anschließen: Das spielt in den Bereichen eine Rolle wo
man bereits mit GANZ anderen Problemen zu kämpfen hat. Man verlegt dann
Leitungen unter Bedachtnahme der lambda/4 Stehwellen (zur Vermeidung von
Leitungsreflexionen) sowie der unterschiedlichen Signallaufzeiten.
300.000.000m/s sind gar nicht soviel wenn man mal mal in den GHz Bereich
kommt. Bei 1 GHz sind das 30cm Verzögerung für eine volle Schwingung...
Thread beobachten
Seitenaufteilung abschaltenBitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.