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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik analog ground / digital ground


Autor: schnudl (Gast)
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Ich bastle gerade an einem kleinen dsPIC Board.

Der ADC hat eine eigene Referenzspannungseingänge, AVSS/AVCC. 
Anscheinend wird  die Eingangsspannung gegen AVSS ausgewertet, d.h. es 
gibt einen "Analog Ground".

Ist es OK wenn ich AVCC und VCC gemeinsam aug +5V und AVSS und VSS auf 
GND lege ? Oder macht man für die Analogseite im Idealfall gar eine 
eigene Spannungsversorgung?

Oder dienen die Extra-Pins nur dazu, um eine flexible Wandlungskennlinie 
zu ermöglichen.

Wenn ich AVss auf -5V legen würde und AVcc auf +5V, könnte ich dann auch 
negative Spannungen konvertieren und den Eingangsbereich -5...+5V 
abdecken?

Irgendwo muss ja eine Grenze sein, aber das kann ich dem Datenblatt 
leider nicht entnehmen. Vielleicht habe ich das falsche...

Autor: Kai G. (runtimeterror)
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Schick 'nen Link auf das Datenblatt oder die genaue Beschreibung von dem 
Controller. Normaler Weise steht da das nötigste drin.

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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Die "Extra"-Pins dienen dazu, die Versorgung des Analogteils von der des 
Digitalteils zu entkoppeln und Störungen durch Schaltvorgänge vom 
Analogteil fernzuhalten. Analog- und Digital-GND sollten in einem 
Punkt miteinander verbunden werden, während AVCC i.d.R. über ein RC- 
oder RL-Tiefpass-Glied mit VCC verbunden wird.

BTW:
AVCC ist kein Referenzspannungseingang, sondern die Spannungsversorgung 
für den kompletten Analogteil!

Autor: schnudl (Gast)
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Es geht also um die Entstörung. Danke!

Wie schwerwiegend sind solche eingestreuten Störungen denn? Ich baue nur 
ein Bastelboard zum Experimentieren und habe momentan AVCC auf 5V 
gelegt. Wie groß kann das eingefangene Rauschen denn etwa sein? HIFI 
wird das sowieso nicht, aber ...

Direkt bei meinem AVCC sitzt ein Blockkondensator 100nF. Sollte ich hier 
noch einen Widerstand davorsetzen um einen TP zu bekommen? Und die 
beiden Massen kann ich zusammenschalten (und zwar nur hier) ?

Autor: schnudl (Gast)
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Wenn ich zB einen 10kOhm vor den schon vorhandenen 100nF (Folie) 
schalte, so habe ich eine Grenzfrequnz von etwa 150Hz. Wäre das dann OK 
?

Oder wie dimensioniere ich das denn überhaupt????

Ich kann das noch noch sehr einfach umbauen, aber will mir dadurch auch 
nichts verschlimmern. EMV Sachen sind ja immer sehr heikel...

Wäre super, wenn das noch jemand grob beantworten könnte.

Vielen Dank
Michi

Autor: Johannes M. (johnny-m)
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schnudl wrote:
> Wenn ich zB einen 10kOhm vor den schon vorhandenen 100nF (Folie)
> schalte, so habe ich eine Grenzfrequnz von etwa 150Hz. Wäre das dann OK
> ?
Das geht schief! Nimm eine Drossel. Schließlich braucht der Analogteil 
auch Strom, und über 10 kOhm geht nicht mehr viel drüber.

> Oder wie dimensioniere ich das denn überhaupt????
Steht normalerweise im Datenblatt des Controllers (zumindest eine 
Empfehlung).

Wie das bei dsPIC aussieht, weiß ich nicht, aber ATMEL empfiehlt bei den 
AVRs 100 nF und 10 µH.

Autor: Andreas K. (a-k)
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Widerstand nix gut. Spule besser. Was für AVCC der AVRs zutrifft, dürfte 
bei den dsPICs auch nicht falsch sein. Ansonsten siehe AN823.

Wobei bei der Spule das Prinzip "viel hilft viel" nicht unbedingt 
zutrifft. Manchmal hat man ja doch auch Digitalausgänge an einem Port, 
der von AVCC versorgt wird. Und will nicht, dass es nach jeder 
Laständerung ewig dauert, bis AVCC wieder Normalwert hat.

Autor: schnudl (Gast)
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Also: 5V digital - Drossel 10uH - 5V Analog - 100nF - Masse

???


Klingt zumindest plausibel.

Conrad (der ist bei mir ums Eck) hat einige verschiednen 10uH Drosseln 
auf Lager. Kann ich da "irgendeine" nehmen ? Ich wüsste nicht worauf ich 
sonst achten muss. Breitbanddrosseln sind ja alle. Mich macht ein wenig 
stutzig, dass bei den meisten auch eine Resonanzfrequenz angegeben ist. 
So um die 25MHz...

Wie gesagt, ich habe hier keine praktische Erfahrung.

Autor: Andreas Schwarz (andreas) (Admin) Benutzerseite Flattr this
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Für ein Bastelboard ist das Overkill. Komplizierter heißt nicht 
unbedingt besser, im Gegenteil, wenn man nicht genau weiß was man macht 
kann man leicht mehr Schaden als Nutzen anrichten. Das wichtigste ist, 
dass Analog- und Digitalteil auf der Platine räumlich schön getrennt 
sind und man eine möglichst durchgehende Massefläche hat, wirklich 
schiefgehen kann dann eigentlich nichts mehr.

Autor: schnudl (Gast)
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Ich habe jetzt das Board in Betrieb genommen und konnte die Verbindung 
zum ICD2 ohne Probleme herstellen. Der Quarz schwingt schön mit 10MHz.

Ich habe nun mal bei laufendem Prozessor die Versorgungsspannungen mit 
dem Oszi gegen den Massepunkt des 7805 gemessen. Bei manchen VCC pins 
habe ich ein hochfrequentes Rauschen von etwa 50mV (an einem soger fast 
100mV) überlagert. Besonders dort, wo man in der Nähe des Quarz ist. Ist 
das nun normal, zu viel oder gar viel zu viel? Oder andersrum: was wäre 
denn noch "normal"? Wie gesagt - ich habe neben Blockkondensatoren 
direkt am dspIC keine weiteren Massnahmen getroffen und wüsste nun gerne 
von Euch, wie gut oder schlecht ich hier liege. Natürlich gemessen an 
einer Bastelplatine. Ich selbst bin etwas überrascht über die schlechte 
Qualität, da ich dachte, die Blockkondensatoren sollten sowas 
verhindern. Scheinbar nicht...

Vielen Dank !

Michi

Autor: Thomas Ranseier (ziggy)
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Hallo,
greifst du mit einer Krokoklemme am Tastkopf die Masse ab?
Wenn ja, dann könnte daß der Fehler sein.

Man muß bei solchen Messungen immer vorsichtig sein. Da hab ich auch 
schon Lehrgeld bezahlen müssen. Hochfrequente Spikes treten gerne mal 
auf, wenn man die Masse nicht impedanzarm abgreift. Krokoklemmen sind da 
ganz schlecht.

Einen aktiven oder Differenztastkopf wirst du wohl nicht haben. Die 
wirken hier Wunder sind aber auch schweineteuer.

Versuch mal ohne Krokoklemme die Spannung zu messen. Wenn der Ripple 
kleiner wird liegt es wohl am Meßverfahren.

Gruß,
Thomas

Autor: schnudl (Gast)
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Naja, ich hab schon die Krokoklemme vom Tastkopf genommen :-)

Einen anderen hab ich nicht. Zumindest nicht zu Hause. Kann mal in der 
Firma nachmessen, da habe ich aktiven TK.

Dadurch dass man aber an verschiedenen Punkten, die eigentlich nur durch 
"Drähte" verbunden sind verschiedene Störungen misst, kann ich mir aber 
nicht vorstellen, dass es wirklich die Krokolemme sein soll.

Autor: Thomas Ranseier (ziggy)
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Bei mir war es ähnlich. Ich hab aber einen Schaltregler verwendet und 
zunächst  geglaubt, mein Layout wär mies oder meine passiven Bauteile 
wären schlecht. Bei der Messung mit dem Differenztastkopf gabs aber 
keine Spikes mehr.

Ach ja und noch was. Ein weitverbreiteter Irrtum ist, daß der DGND Pin 
vom ADC mit Digital Ground verbunden werden muß. Das ist falsch, auch 
wenn es im Datenblatt steht. Beide Ground Pins AGND und DGND (insofern 
beide vorhanden sind) des ADCs müssen mit Analog Ground verbunden 
werden.
Einige DSPs bilden eine Ausnahme.

Die Erklärung liefert ein Link zu Analog Devices. Und die müssen es 
wissen.
http://www.analog.com/analog_root/static/raq/raq_g...

Diese Powerpointdatei erklärt es auch ganz gut:
http://www.analog.com/analog_root/static/raq/ppt/g...

Gruß,
Thomas

Autor: schnudl (Gast)
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Um die oben angesprochenen Störungen auf der Versorgung für Analog-Vcc 
und Analog-GND des DAC Teils zu verhindern, könnte man doch eine zweite 
stabilisierte Versorgung bauen, die durch Drosseln hochfrequenzmässig 
entkoppelt sind. Würde das so funktionieren?

Ich habe auf der 5V Versorgung einen Rippel von 50mV/40MHz vom Prozessor 
und kann damit wohl nicht die Referenz des ADC versorgen - da geht alles 
über 8 Bit Auflösung im Rauschen unter.

Ich denke mir, dass dies zwar nicht die einfachste, aber effektivste 
Trennung des Analog- vom Digitalteils wäre. Was sagt ihr dazu?

Autor: Thomas Ranseier (ziggy)
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Ja, so sollte es funktionieren.

AGND und DGND müssen noch "irgendwo" zusammengeführt werden, und zwar in 
einem Punkt. Idealerweise am ADC, aber egal wo du die beiden Grounds 
verbindest, der ADC braucht an beiden Ground Pins (analog und digital) 
das gleiche Potential. Also auf jeden Fall die beiden Pins kurzschließen 
und auf AGND legen.

Wenn dann noch im Layout der Analog- vom Digitalteil getrennt platziert 
wird und eine schöne große Massefläche vorhanden ist, sollte das eine 
oder andere Bit mehr möglich sein.

Gruß,
Thomas

Autor: schnudl (Gast)
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Danke für die Antwort!

Ich habe mir nun für 30cent so eine Drossel mit 10µH in 
Widerstandsbauform bei Conrad besorgt und mal geschaut, ob diese zu 
einer Reduktion des Rippels führt. Ursprünglich wollte ich ja 5V-analog 
durch einen Drossel-Abzweig von 5V-digital erzeugen, wie es oft 
empfohlen wird.

D.h. ich habe einen LC-Tiefpass (10µH und 100n gegen Masse) gebaut und 
am Ausgang gemessen.

Leider muss ich feststellen, dass sich so nicht wirklich viel getan hat 
und der hochfrequente Mist nachwievor rüberkommt. In der Spezifikation 
der Drossel steht (das hab ich erst im Nachhinein gelesen) dass diese 
eine Resonanzfrequenz von ca. 20MHz bei einer Güte Q=50 hat. Das würde 
ja bedeuten, dass die "Drossel" für meine Zwecke völlig unbrauchbar 
wäre, da mine Störungen ja genau im Bereich ab 20MHz liegen. Und hier 
ist die Drossel dann nur mehr kapazitiv und bringt gar nichts - oder ?

Ist es vielleicht besser, ein paar Windungen Kupferdraht um einen 
Breitband-Filterperle zu wickeln und diese dann in die Schaltung 
reinzustecken?

Die zweite Frage
================

Wenn ich 5V-digital und 5V-analog separat mache (wie oben beschrieben) 
und dann den Eingang AVcc für den ADC des Controllers eben auf diese 
5V-analog lege, dann orte ich folgendes Problem: Im Datenblatt des 
dsPICs steht, dass Vcc und AVcc durch interne Clamp-Dioden verbunden 
sind, und dass daher die Spannungsdifferenz nicht zu gross werden darf, 
da sonst der Chip zerstört werden kann. Wenn ich nun die Versorgung 
einschalte, dann ist aber nicht 100% gewährleistet, dass beide Ausgänge 
des Reglers synchron auf 5V hochkommen. Kann dies dann zu einem Problem 
im gerade beschriebenen Sinne führen?

Autor: Thomas Ranseier (ziggy)
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schnudl wrote:
> In der Spezifikation
> der Drossel steht (das hab ich erst im Nachhinein gelesen) dass diese
> eine Resonanzfrequenz von ca. 20MHz bei einer Güte Q=50 hat. Das würde
> ja bedeuten, dass die "Drossel" für meine Zwecke völlig unbrauchbar
> wäre, da mine Störungen ja genau im Bereich ab 20MHz liegen. Und hier
> ist die Drossel dann nur mehr kapazitiv und bringt gar nichts - oder ?

Sehe ich auch so.
Meine gemessenen Störungen damals waren im 100 MHz Bereich.


> Wenn ich 5V-digital und 5V-analog separat mache (wie oben beschrieben)
> und dann den Eingang AVcc für den ADC des Controllers eben auf diese
> 5V-analog lege, dann orte ich folgendes Problem: Im Datenblatt des
> dsPICs steht, dass Vcc und AVcc durch interne Clamp-Dioden verbunden
> sind, und dass daher die Spannungsdifferenz nicht zu gross werden darf,
> da sonst der Chip zerstört werden kann. Wenn ich nun die Versorgung
> einschalte, dann ist aber nicht 100% gewährleistet, dass beide Ausgänge
> des Reglers synchron auf 5V hochkommen. Kann dies dann zu einem Problem
> im gerade beschriebenen Sinne führen?

Vielleicht, ich weiß es nicht. Wenn es im Datenblatt steht, sollte man 
dem schon Beachtung schenken. Interessant wäre, wie groß die 
Spannungsdifferenzen werden dürfen.

Entschuldige wenn ich hier nochmal nachhake, aber hast du es auch 
wirklich richtig gelesen, oder hieß es da vielleicht in etwa so:

...die Clamp-Dioden zwischen Vcc und AVcc sollen verhindern, daß es zu 
großen Spannungsdifferenzen zwischen den beiden Eingängen kommt...

Gruß,
Thomas

Autor: schnudl (Gast)
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19.13 Connection Considerations

The analog inputs have diodes to VDD and VSS as ESD
protection. This requires that the analog input be
between VDD and VSS. If the input voltage exceeds this
range by greater than 0.3V (either direction), one of the
diodes becomes forward biased and it may damage the
device if the input current specification is exceeded.


Aufgrund dieses Satzes im Datenblatt bin ich sehr vorsichtig mit einer 
separaten Versorgung von AVDD.

Ich habe nun probiert 5 Windungen Kupferdraht um eine Ferritperle zu 
wickeln: Das bringt die Störungen um einen Faktor >10 zum Verschwinden 
(es verbleiben 2mV). Ich werde daher AVDD von VDD mit so einer Drossel 
abzweigen. Für den digitalen Teil mache ich eine eigene mit Drossel 
abgekoppelte Stromversorgung, die die Referenzspannung für den ADC 
liefert.

Autor: Thomas Ranseier (ziggy)
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schnudl wrote:
> 19.13 Connection Considerations
>
> The analog inputs have diodes to VDD and VSS as ESD
> protection. This requires that the analog input be
> between VDD and VSS. If the input voltage exceeds this
> range by greater than 0.3V (either direction), one of the
> diodes becomes forward biased and it may damage the
> device if the input current specification is exceeded.

Hmm... unter "analog input" und "input voltage" verstehe ich die 
Eingangsspannung am ADC und nicht die Versorgungsspannung(en).
Wenn also die Eingangsspannung 0,3V über der Versorgungsspannung liegt, 
gibts Probleme.

> Ich habe nun probiert 5 Windungen Kupferdraht um eine Ferritperle zu
> wickeln: Das bringt die Störungen um einen Faktor >10 zum Verschwinden
> (es verbleiben 2mV). Ich werde daher AVDD von VDD mit so einer Drossel
> abzweigen. Für den digitalen Teil mache ich eine eigene mit Drossel
> abgekoppelte Stromversorgung, die die Referenzspannung für den ADC
> liefert.

Super. Wenn man keine High-End Anwendung bauen möchte, dann sollte das 
locker reichen.

Gruß,
Thomas

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