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Hallo zusammen, ich hätte mal kurz ne Frage zur Spannungsversorgung und Abblockung gegen Störungen. Ich habe in einem Datenblatt eines AD-Wandler Evaluationboard und auch sonst schon öfters die Realisierung wie im Anhang gesehen. Meine Frage ist was bringen denn da die ganzen Cs parallel. Die Grenzfrequenz wird doch im Endeffekt nur durch den größten Kondensator bestimmt oder? Und im Endeffekt hängen ja alle Cs parallel, also könnt ich nicht einfach alle addieren und dann einen C mit dem gleichen Wert reinsetzen? Vielen Dank im Voraus! Gruß Stefan
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Hi, der Grund, weshalb unterschiedlich große Kondensatoren eingesetzt werden, hängt damit zusammen, dass große Kondensatoren ihre Ladung nicht so schnell abgeben können wie kleine. Deswegen sollte man eben nicht einen (etwas größeren) Kondensator nehmen. Gruß, CowZ
Die sind nur im Schaltplan so schön parallel, auf der Platine sind die Weit auseinander, möglichst bei jedem Chip mindestens einer.
Wovon du redest nennt man beipasskondensatoren...Dieser werden möglichst nah an die Stromversorgung der ICs angebrahct um die Spannung zu stabilisieren! Dies ist besonders bei Logikbauteilen sehr sinnvoll, da diese nur eine geringe Spannungsdifferenz haben! Wenn die Spannung mal für kurze zeit einbrechen sollte und wir reden hier von ms wenn nicht µs, dann kann der Beipasskondensator dies Kompensieren! Hoffe geholfen zu haben! LG kai
Wobei Analog-Komponenten wie der hier erwähnten A/D-Wandler durchaus empfindlicher sein können als Digital-ICs und daher eine aufwendiger Filterschaltung verwendet wird.
Das wollte ich damit ausdrücken! Und das die Kondensatoren etc. nicht genau so auf dem Board angeordnet sind brauche ich ja nicht zu sagen! Die meisten Analog Digital Schaltungen arbeiten eigendlich fast alle mit Ref. spannungen welche sie irgendwie ( wie ist ja egal ) aus der Betriebsspannung ziehen. Wenn also die Ref. Spannung ungenau ist, wird die umwandlung gerade bei höherer Auflösung imer ungenauer! LG Kai
Hallo Dantel, ja das mit den Beipasskondensatoren ist mir ja klar. Ich habe eben nur nicht so ganz verstanden was die ganzen parallelen Cs am Eingang bringen sollen. Aber so wie Cowz geschrieben hat, liegt das eben da dran dass kleine Cs schneller ihre Ladung abgeben können als große. Sprich mit den kleinen können größere Einbrüche kompensiert werden, da sie ihre Ladung schnell abgeben können. Dafür aber eben auch nur über einen sehr kurzen Zeitraum. Hab ich das jetzt richtig verstanden? Danke!
RICHTIG... meines wissens können große Kondensatoren die benötigte ladung zwar genau so schnell abgeben wie kleine...Denn die lade und endladeformel gild ja für alle Kondensatoren aber es ist einfach unnötig! Warum soll ich ( ÜBERTRIEBEN) einen 1 Farad Kondensator nehmen, wenn es auch einer im µ oder n tut LG kai
Kondensatoren enthalten parasitäre Induktivitäten. Je grösser die Kapazität, desto niedriger ist die Resonanzfrequenz des dadurch aufgebauten Schwingkreises. Ab dieser Frequenz können die Kondensatoren ihren Zweck nicht mehr erfüllen. Daher die verschiedenen Grössenordnungen. Wobei allerdings die Parallelschaltung mehrerer unterschiedlicher Kondensatoren umstritten ist. Die einen schwören drauf, die anderen meinen, dass dies nicht nur nichts bringt sondern direkt schadet.
Wie sagt doch ein Kollege >>Ein 100nF KerKo ist bei 10GHz eine wunderbare Induktivitaet<< Um dem zu begegnen und damit in den ersten ps den modernen Bausteinen den Strom liefern zu koennen, den sie fordern, werden bei einigen Bausteinen (FPGAs, DSPs, schnelle Leitungstreiber, ...) je 3 Kondensatoren (1n, 10n und 100n) fuer jeden Versorgungspin empfohlen. Dabei ist natuerlich der mit der kleinsten Kapazitaet am dichtesten an den Versorgungspin zu platzieren.
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>meines wissens können große Kondensatoren die benötigte ladung zwar >genau so schnell abgeben wie kleine.. Oh, nein, das ist nicht so. Was meinst du überhaupt mit "groß" und "klein"? Und was heißt "schnell"? Bestimmte Kondensatoren z.B. keramische MLCCs (bevorzugt SMD) können den Strom wesentlich schneller abgeben als z.B. Tantal-Kondensatoren. Deshalb nimmt man zum Entkoppeln (Bypass) auch gerne diese Teile. >Wobei allerdings die Parallelschaltung mehrerer unterschiedlicher >Kondensatoren umstritten ist. Das kommt auf die richtige Anordnung an (Layout). Vom Ic-Pin aus (Vcc+GND-Pins) geht es direkt (2-3mm) an den kleinsten (Bauform 0402/0603 + Kapazität 10nF). Etwas weiter weg (10mm) fristet dann der obligatorische 100nF sein Dasein. Dann wird auf die Versorgungslagen kontaktiert. Und irgendwo in der Nähe (5cm) sitzen dann die Tantals mit 10-100uF. >Dabei ist natuerlich der mit der kleinsten Kapazitaet am dichtesten an >den Versorgungspin zu platzieren Muss heißen die Versorgungspins, denn jeder Strom, der reinfliesst kommt auch wieder irgendwo raus. Also müssen immer Vcc- und GND-Paare zusammengefasst werden. Im Anhang ein kleines Bildchen, das den Stromfluss verdeutlicht.
Hallo,
der Grundgedanke dabei ist, daß die Kondensatoren mit den kleinen Werten
für die hohen Frequenzen wirken und umgekehrt.
Das geht aber nicht immer. In Deinem Beispiel habe ich auch Zweifel, daß
die Kapazitäten gut gewählt sind.
Ersatzschaltbild Kondensator
Häufig kann ein Kondensator als Reichenschaltung aus L und C angesehen
werden. Das gilt für Chipkondensatoren beispielsweise bis in den
dreistelligen MHz-Bereich.
Für Chipkondensatoren ist L relativ klein (z. B. 1-2nH) und C ist der
Wert, der auf dem Kondensator draufsteht.
Der komplexe Widerstand berechnet sich dann zu:
Z = jwL + 1/(jwC)
Für kleine Frequenzen ist der Kondensator eine Kapazität, für große
Frequenzen eine Spule. Die Grenzfrequenz fg bei der aus dem Kondensator
eine Spule wird, berechnet sich über
jwL = 1/(jwC)
zu
fg = 1/(2 pi sqrt{LC})
Problem der Parallelschaltung
Probleme bei der Parallelschaltung treten auf, wenn die Grenzfrequenzen
der Kondensatoren nah beieinanderliegen.
Wenn nämlich der kleine Kondensator noch kapazitiv ist, und der große
schon induktiv ist, hast Du eine Parallelschaltung aus L und C.
Und diese hat für ihre Resonanzfrequenz einen unendlich hohen
Widerstand. Das heißt: Für die Resonanzfrequenz der Parallelschaltung
bewirken die Kondensatoren nichts.
Fazit für Dein Beispiel
C16 und C11 zusammen funktionieren, denn C16 ist ein langsamer Elko und
C11 ist ein schneller Chipkondensator (normalerweise mit dem
Dielektrikum X7R).
C12 ist normalerweise auch aus X7R. Es hat überhaupt keinen Sinn, daß er
drinbleibt. Eher würde ich vermuten, daß Probleme mit der
Parallelresonanz auftreten. Also raus damit!
Bei C13 solltest Du darauf achten, daß er nicht aus X7R, sondern aus NPO
ist. Dann kann er drinbleiben.
Wenn er auch aus X7R ist, würde ich ihn eher rausnehmen und durch eine
100p-Kapazität ersetzen.
Das Ganze gilt natürlich vorbehaltlich einer genaueren Analyse durch
Dich, bei der Du analysierst, welche Störfrequenzen vorwiegend
auftreten! Bei der Auswahl der Kondensatoren benötigst Du dann aber
unbedingt die genauen Kennwerte der Kapazitäten und eine gute
Leiterbahnführung (zusammenhängende Massefläche, um die Induktivität der
Masseleitung gering zu halten u. ä.).
Gruß,
Michael
>Häufig kann ein Kondensator als Reihenschaltung >aus L und C angesehen werden Immer muss .... muss das heißen :) >Für Chipkondensatoren ist L relativ klein (z. B. 1-2nH) >und C ist der Wert, der auf dem Kondensator draufsteht. Und dann kommt wieder die Leiterbahnführung dazu. Die Bedeutung des Layouts wird klarer, wenn man betrachtet, dass eine 1cm lange Leiterbahn auf einer Leiterplatte eine Induktivität von ca. 10nH hat (geometrieabhängig). Prinzipiell muss nicht die Versorgung entkoppelt werden, sondern jeder Verbraucher (ICs...). Deshalb ist das Bild vom OP schon logisch falsch. Und die "Angst"-Spule L2 in der GND-Strippe kann auch noch hübsches Kopfzerbrechen bereiten, wenn sich eine Komponente ausserhalb des Geräts auf dieselbe Masse (GND) bezieht...
Wer sich mal die unterschiedlichen Kennlinien von unterschiedlichen Kondenatorgrößen (Bauform und Kapazität) anschauen möchte kann sich spaßes halber ja bei Kemet mal das "Kemet Spice" runterladen. http://www.kemet.com/kemet/web/homepage/kechome.nsf/weben/kemsoft# Da kann man sich schön den Impedanzverlauf über die Frequenz anschauen. Immer wieder lustig ist auch sich anzuschauen, wie viel Kapazität noch bleibt, wenn mal Spannung angelegt wird ;)
Und dann noch das: hochkapazitive MLCCs sind spannungsabhängig. Die angegebene Kapazität bezieht sich auf eine Messpannung von 1V. Siehe dort: http://www.epcos.de/web/generator/Web/Sections/Components/Page,locale=nn,r=247996,a=371442.html Suche nach: Spannungsabhängigkeit
Hallo Lothar, jaja, meinetwegen "immer muß". Ich meinte dabei nur, daß es bei hohen Frequenzen von vielleicht >300MHz noch komplizierter wird. Die Induktivität ist aber auf jeden Fall da, und Du hast ja richtigerweise erwähnt, daß die Leiterbahnführung oft der entscheidende Teil der Induktivität ist. Die Angstspule habe ich mir gar nicht angeschaut. Ich hoffe, es handelt sich hier um eine Ferritperle. Gruß, Michael
Hallo zusammen, vielen vielen Dank für eure Hilfe! So langsam kommt Licht ins Dunkel ;) Ja ich denke ich muss mir meinen Aufbau noch einmal genauer anschauen. Denn es ist der Eingang auf einem von mir entworfenen AD-wandler-board. Und der Adwandler liefert ergebnisse mit einem Rauschen von ca 5mV (bei einer Auflösung von 14bit (1 LSB = 0,155mV) doch schon einiges, was aber auf der anderen Seite nicht schlimm ist, da die 14bit sowieso überdimensioniert waren und nur auf Grund der ADwandlergeschwindigkeit ausgewählt wurde). Aber ich frage mich im Moment woher das Rauschen kommen könnte. Denn alle Bauteile wurden eigentlich auch nach dem SNR wert ausgesucht und die 5mV sind schon extrem hoch. Aber natürlich könnte das auch durch die Versorgung kommen. @michael: es handelt sich bei der Spule um einen EMV-Ferrit-Bead. Das Datenblatt habe ich mal angehängt. Ich habe die Spule jetzt auch mal probehalber entfernt, aber hat am Messergebnis nichts geändert. Gruß Stefan
>Aber ich frage mich im Moment woher das Rauschen kommen könnte.
Das frage ich mich auch, das war vorher noch nie da
(zumindest im Tread) ;-)
Mach dafür doch einen neuen Thread auf,
und liefer gleich noch einen Schaltplan + Layout dazu ab.
Welche der 27 im Datenblatt enthaltenen Ferritperlen ist es denn? ;-)
Sorry, das is natürlich noch ne klein wichtige Info ;) Art. Nr.: 643 53 800 Gruß
Hallo, die Frage mit dem Rauschen ist eine andere als die EMV-Frage vorher. Dazu brauchen wir einen - Schaltplan (inkl. die darin enthaltenen Verstärkerschaltungen für die Analogsignale) - Layoutplan (um die Masse- und Signalführung zu sehen) - Frequenzbereich der Signale - Bauteilbezeichnungen des AD-Wandlers Wenn Digitalsignale oder Mikrocontroller auf dem Board vorhanden sind (was in diesem solchen Forum ja gelegentlich vorkommen sollte), ist es wichtig zu wissen, ob die Masseflächen und Versorgungsleitungen von Analog- und Digitalteil getrennt sind und wenn ja wie. Die Ferritperle, die Du verwendest, hilft für Frequenzen > 10MHz. Bei kleineren Frequenzen macht sie praktisch nichts; da müssen dann andere Maßnahmen wirken. Gruß, Michael
Guten Morgen, @Michale: vielen Dank für dein Angebot mein Layout zu analysieren. Allerdings darf ich das leider nicht veröffentlichen, da es meine Bachelorthesis ist. Aber wie gesagt, es ist ja nicht weiter schlimm. Das Eingangssignal das ich sampeln muss hat sowieso einen Rauschpegel von 30mV. Und da ich aus einem Analogsignal nur ein digitales machen muss, sind die 5mV Rauschen unkritisch. Aber ich denke dass es ziemlich sicher durch die Versorgung zustande kommt. Ich speise mein Board mit einem 12V Netzgerät. Dieses geht über die oben genannte Schaltung und dann auf zwei 7805er. Einer generiert VCC der andere VDD. Mit der Ref1004 mache ich dann aus VDD die Referenzspannung 1,2V des ADwandlers. Mittlerweile weiß ich das war keine gute Idee, denn VDD treibt den Ausgangstreiber des ADwandlers. Jedesmal wenn der die Daten auf den Ausgang schreibt schwankt VDD leicht, was ja auch nicht verwunderlich ist. Und das wirkt sich natürlich dann auch auf die Referenz aus. Wenn ich jetzt ziemlich am Limit des ADWandlers sample (2MHz) dann wirkt sich das natürlich auf den Aufladevorgang der Sample&Hold Cs aus. Das könnte doch das Schwanken der AD-Ergebnisse evtl. erklären oder? Klar kann bei 2MHz auch noch anderes Zeug reinfunken. Aber Masseschleifen und Versorgungsschleifen habe ich auf jeden Fall beim Layout vermieden. Allerdings habe ich nur eine Massefläche. Also keine getrennte für VDD und VCC, da dies auf Grund der vielen Bauteile leider nicht ging. Falls ihr bezüglich meiner Beschreibung noch Tips habt wäre ich euch dankbar. Wie gesagt, ich würde alles sehr gerne veröffentlichen, allerdings wäre da mein Betreuer wahrscheinlich nicht sehr begeistert ;) Gruß
Hallo, das ist ja viel Aufwand nur für den Eingang des 7805. Ich glaube, so viel brauchst Du nicht. Ich arbeite selbst mit Ultraschallschaltungen (1-30MHz) bei Verstärkungen bis etwa 60dB. Für den Eingang des 7805 nehme ich üblicherweise 10µF Keramik (oder 10µF Elko oder 100µF Elko), und am Ausgang einen 100µF Elko und 100nF Keramik. Die Verpolschutzdiode ist natürlich sinnvoll, und die Ferritperlen vielleicht auch, aber ich denke nicht, daß sie allzu viel helfen. Wichtiger ist es, nach dem 7805 nah bei jedem einzelnen Bauelement einen 100nF-Kondensator gegen Masse anzubringen. Auch parallel zur Referenzspannungsdiode würde ich einen 100nF Kondensator anbringen (da mußt Du das Layout ggf. nochmal aufkratzen). Wenn das nicht reicht, ist es vielleicht sinnvoll, zusätzlich die Spannungsversorgung für den AD-Wandler aufkratzen und dort eine Ferritperle einbringen. Die Ferritperlen, die Du gekauft hast, sind eher für Signale geeignet als für Gleichspannung. Für Gleichspannung kannst Du ruhig eine nehmen, die sehr viel mehr Ohm hat (1000 Ohm). 14-Bit bei einem AD-Wandler sind meist Kosmetik. Schau Dir die dem Rauschen äquivalente Bitzahl mal an. Hierbei handelt es sich um die Anzahl der Bits, die dann später nicht ohnehin ständig wackeln. Gruß, Michael
Hallo Michael, vielen Dank für deine Tips! Die waren auf jeden Fall schon einmal sehr interessant. Um doch evtl. noch etwas genaueres sagen zu können, habe ich mit meinem Betreuer geredet. Er hat keine Bedenken bezüglich des Veröffentlichen der Schaltung. Von dem her habe ich mal nen neuen Thread aufgemacht und alles gepostet. Beitrag "Rauschen auf ADwandler Ausgang" Bin auf jeden Fall jedem dankbar der sich darüber auslässt. Ob negativ oder positiv ;) Gruß
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