Unterschiede zwischen digitaler und analoger Masse

zu 1)
Unterschied gibt es keinen, sie werden nur eben für digitale bzw. für
analoge Schaltungen verwendet.
Der Hintergund ist folgender:
Digitale Schaltungen verursachen Störungen, die sich über die
Betriebsspannungsleistungen ausbreiten.

zu 2)
Indem man für analoge und digitale Schaltungen getrennte Spannungen
verwendet (einen eigenen Spannungsregler oder zumindest eine Spule +
Kondensator als Tiefpassfilter.
Beide Massen nur am Netzteilanschluss verbinden.

Hi,

Hier noch etwas "pysikalischer" Hintergrund:

Ein (GND)-Leiter hat immer etwas Widerstand, Induktivität und
Kapazität. Dadurch entstehen also auch elektromagnetische Felder.

Um das mit der Massetrennung einfach zu erklären:

Digitale Schaltungen ziehen hohe Stromimpulse, da alle Gatter etc. auf
z.B. die steigende Flanke der Clock annähernt gleichzeitig schalten.
Das können locker einige A werden.
Es fällt also über den GND-Leiter eine Spannung ab, die mit der Clock
moduliert wird. Die Leitung stellt dann auch noch eine Antenne dar.

D.h. Du hast Spannungsschwankungen auf dem GND-Leiter und
Abstrahlungen. Das ist dem Ditialteil ziemlich egal.

Wenn Du jetzt das gleiche GND nimmst, würde Deine analoge Spannung im
Takte der Clock hin- und her springen.

Gruß ka-long

Danke Benedikt.

>>Beide Massen nur am Netzteilanschluss verbinden.
Meinst du damit, dass beim Layout man diese Massenleitungen direkt an
Netzteilanschluss routen muß?
Kahn

Nicht ganz.
Im prinzip reicht es zwei getrennte Massen zu verlegen, die aber nur an
einem Punkt zu verbinden, so dass ein Spannungsabfall auf einer Leitung
die andere nicht beeinflusst.

Stell dir das als "Y"-Leitung vor. Direkt nach dem Spannungsregler
einen Abzweig machen, auch wenn die Leitungen in die gleiche Richtung
gehen. Die liegen dann halt parallel. Dies gild nicht nur für GND
sondern auch für Vcc wenn AVcc und DVcc gleiche Spannung haben.

Zu Benedikts Beitrag:
Ich weiß nicht, wie der gemeint ist, aber er könnte so verstanden
werden, daß es egal wäre, an welcher Stelle der Verbindungspunkt liegt.
Das ist aber eben nicht egal! Die Abzweigung muß tatsächlich direkt
hinter dem Spannungsregler (oder sogar vorher, mit einem eigenen)
passieren. Also eher ein "V" als ein "Y"! Alles, was über das
gemeinsame Stück an Strom für den Digitalteil fließt, findet man sonst
als Störung des Analogteils wieder!

ich habe das Bild gemalt, hoffentlich kann es uns bei der Diskussion
helfen.
Kahn.

@Philipp Sªsse

Ich meinte es so wie ich es sagte:

"...die aber nur an einem Punkt zu verbinden, so dass ein
Spannungsabfall auf einer Leitung die andere nicht beeinflusst."

Es muss aber nicht sein, dass der digitale GND alles kontaminiert.
Beispiel: getaktete Schaltregler, bei denen ist es die analoge Seite,
die Störungen verursacht.

Andy

Wittgenstein hatte recht!

Ja, Dein Satz kann verstanden werden, daß man den Punkt so wählen soll,
daß ein Spannungsabfall auf einer Leitung die andere nicht beeinflußt.

Aber jemand könnte ihn auch so verstehen, daß der "so daß"-Teil eine
Folgerung wäre, also durch die Wahl eines einzigen Punktes erreicht
sei, daß keine Beeinflussung stattfindet. Denn diese verbreitete
Annahme führt immer wieder zu Problemen.

Deswegen meine Klarstellung (inklusive des Hinweises, daß ich Dir nicht
unterstelle, es andersherum gemeint zu haben). Okay?

folgt man den div. Appnotes, sollte der zentrale Ground der Elko vor dem
Spgregler sein, also gleich dem hinter der Grätzbrücke. Auf diesen
sollte sich sogar der Ground der Linearregler selbst befinden. Die
sternförmige Erde ist jedoch nicht nur auf digital begrenzt, auch in
der Audiotechnik wird dieses Konzept umgesetzt (mit richtig fetten
Elkos, das ist aber 'ne andere Geschichte).

Viele Grüße
Olaf

Hallo,

mal eine dumme Frage dazu:

wäre es sinnvoll, die Kapazität der digitalen Masse zu erhöhen?

Könnte man daß durch Kondensatoren, deren anderer Pol jeweils "offen"
im Nichts hängt, erreichen? Also vom Prinzip her sollen die
Kondensatoren mit ihrer verbundenen Seite wie eine Art große
(unipolare) Kugel sein, auf der sich Coulombsche Ladung ansammeln kann,
eine Art Ladungsreservoir?

Daß müßte doch die Störungen in Richtung analog teilweise schlucken
können oder?

Oder würden mit nur einem Pol angeschlossene Kondensatoren gar nichts
ändern?

Ich hätte da auch 'ne Frage:

Ich möchte eine Schaltung über einen einzelnen +5V-Spannungsregler
versorgen, der empfindliche Analogteil soll wie grad beschrieben seine
eigenen Stromversorgungsleitungen kriegen.

Nun möchte ich Analog- und Digitalteil zusätzlich mit einem LC-Tiefpass
trennen, gibts da eine Faustregel zur Dimensionierung? Wie bei
Digital-Schaltungen, da kriegt jeder Chip einfach seinen 100nF-Kerko,
und es paßt schon.

Und sollten in beide Stromversorgungszweige LC-Glieder rein oder nur in
den Analogzweig? Der Digitalzweig benötigt etwa 300mA (das meiste keine
ICs, sondern statisch leuchtende LEDs), der Analogteil wenige mA.

Nochwas: Was mach ich denn, wenn ich aus dem Analogteil (z.B.
Komparatorausgang) an einen Eingang im Digitalteil will? Die Massen
darf ich ja nicht verbinden, aber ich will den Signalrückstrom ja nicht
den weiten Weg bis zum Spannungsregler zurückschicken. Außerdem stimmt
dann das Bezugspotential möglicherweise nicht mehr.
Optokoppler? Oder wäre ein Komparator mit getrennter Masse (z.B. LM319)
genau dafür gedacht?

MfG Olaf

Normalerweise legst Du dann den analogen GND bis unter den Pin, von dem
digitalen Bauteil.

Stephan.

mal eine Verständnisfrage: was ist denn Analogteile und was Digital von
den Bauteilen her? Transistoren, MC, OPV, LED. Was ist davon ein
Analogteil, und was Digital?

Soll wirklich vom Spannungsregler eine extra VCC-Leitung zum AVCC des
MC gelegt werden?

Habe auch eine Frage: Wie sieht es mit AD-Wandlern aus (MAX186)? Welche
Masse nehme ich da? Die vom Analogteil (z.B. Instrumentenverstärker)
oder die vom µC?

Gruß
Holger

In verschiedenen Application-Notes wird empfohlen die AGND und DGND am
ADC bzw. DAC zu verbinden und zwar genau unter dem Chip.
Auch sollten digitale Signalleitungen nicht über eine Fläche mit analog
GND geroutet werden.

http://www.linear.com/pc/downloadDocument.do?navId=H0,C1,C1155,C1001,C1158,P1037,D4160
http://www.analog.com/UploadedFiles/Application_Notes/135208865AN-202.pdf
http://focus.ti.com/lit/an/slyt166/slyt166.pdf
http://www.alternatezone.com/electronics/files/PCBDesignTutorialRevA.pdf

Bei den ganzen Fragen hilft nur: Lesen, lesen, lesen und noch mal lesen,
dann experimentieren und messen und lernen.

Das Thema ist sehr komplex, es kommt immer auf die exakte Situation
drauf an, es gibt keine Universallösungen. Es macht einen himmelweiten
Unterschied, mit welchen Taktfrequenzen der digitale Teil arbeitet,
welche Ströme im digitalen und analogen Teil fließen, und wie genau der
analoge Teil sein soll.
Wenn man nur mit 8 Bit digitalisieren will, muss man sich schon
ungeschickt anstellen, um signifikante Störungen einzufangen. Muss man
jedoch z.B. mit 16 Bit digitalisierung, sieht die Welt ganz anders aus,
da muss man schon richtig denken.

Je nach Situation werden die Lösung dann sehr komplex, oder ganz
primitiv. Eine Primitive Lösung kann z.B. ein simples RC-Filter für den
Analogteil sein.

Hallo alle,
Kannt jemand von eure das von mir gemahlt Bild Masse.pdf (oben)
kommentieren? Ist es richtig so?
Kahn.

Benötigst du denn 2 unterschiedliche Vcc oder möchtest du den Analgen
Teil auch mit 5V versorgen?

@Dierk (damit die Frage nicht untergeht):
Einfach nur Erhöhen bringt meistens nichts, da größere Kapazitäten auch
dazu neigen, einen höheren Innenwiderstand und eine höhere Induktivität
zu haben. Wenn der Digitalteil schön hochfrequent ist, ist der große
Kondensator manchmal schlechter als der kleine. LOW-ESR-Typen bringen
da mehr, vermute ich.
Warum die "offenen" Kapazitäten mehr bringen sollen als die direkt am
digitalen Bauteil zwischen Masse und Versorgung geschalteten, kann ich
nicht nachvollziehen.

@Kahn: So ist es wohl vom Schematic ideal, auf Probleme im Layout muß
man natürlich trotzdem achten. (Wenn Du das Bild nicht mit einer
Kaffeemühle gemahlen hast, hast Du es übrigens wohl eher gemalt (-; )