Guten Morgen,
ich hab mehrere Module, auf denen eine 16Bit-Analogverarbeitung erfolgt.
Diese Module tauschen untereinander Informationen digitale Informationen
aus.
Es wurde darauf geachtet, dass die Spannungsversorgung Sternförmig
erfolgt. D.h. eine Power-Supply liefert über einen seperaten
Versorgungsanschluss Spannung an ein Modul. Analog-Gnd und Digital-Gnd
sind auf jedem Panel an einer einzigen Stelle verbunden und zwar direkt
am Spannungsanschluss für das Modul.
Meine Frage betrifft jetzt die Masse für die digitale Signalübertragung
von Panel zu Panel. Wenn ich mit den Signalen auch die Masse von Panel
zu Panel ziehe, dann ist meine sternförmige Masseverteilung futsch und
es können sich Masseschleifen bilden.
Wie sollte man das idealerweise machen? Masse im Kabel als Abschirmung
mitführen, aber nur auf einer Seite verbinden?
Danke für Tipps,
Grüße
Gast
Gast wrote:
> Guten Morgen,> ...> Wie sollte man das idealerweise machen? Masse im Kabel als Abschirmung> mitführen, aber nur auf einer Seite verbinden?
Ja.
Wobei Du halt sicher stellen mußt dass die bereits ausgeführte Masse zu
Deinem Sternpunkt erhalten bleibt (kann ja nach Ausdehnung Deiner Anlage
einfach oder komplex zu handlen sein).
Optische Übertragung mittels Faser wäre schick, kommt auf Dein Budget
an.
Ggfs. kann es günstiger sein, wenn Du die Digitalausgänge via
Optokoppler massefrei realisierst.
hth,
Andrew
> Gast wrote:> > Guten Morgen,> > ...> >Wie sollte man das idealerweise machen? Masse im Kabel als Abschirmung> >mitführen, aber nur auf einer Seite verbinden?>Ja.> Wobei Du halt sicher stellen mußt dass die bereits ausgeführte Masse zu>Deinem Sternpunkt erhalten bleibt
Das ist leider keine gute Idee. Dann hat man nämlich Massseschleifen für
die Signalwege: Die Signalmasse wird nicht eng am Signal geführt sondern
in weiträumigen Schleifen.
sous wrote:
>> Gast wrote:>> > Guten Morgen,>> > ...>> >Wie sollte man das idealerweise machen? Masse im Kabel als Abschirmung>> >mitführen, aber nur auf einer Seite verbinden?>>>Ja.>> Wobei Du halt sicher stellen mußt dass die bereits ausgeführte Masse zu>>Deinem Sternpunkt erhalten bleibt>> Das ist leider keine gute Idee. Dann hat man nämlich Massseschleifen für> die Signalwege: Die Signalmasse wird nicht eng am Signal geführt sondern> in weiträumigen Schleifen.
Eben nicht. Lies es Dir nochmals durch.
Da jeder Draht einen Widerstand >0 Ohm hat möchte ich hier für keine
Masselösung meine Hand ins Feuer legen. Man weiß ja nicht wie lang die
Leitungen sind und ob zufällig ein Aufzugsmotor oder ein
Fahrleitungsdraht noch ein paar "winzige" Störimulse erzeugt...
Daher ein kurzes Wort: Glasfaser
Diese "sternförmige" Masseanbindung ist eigentlich nur auf Board-Ebene
realisierbar. Denn nur dort können die Signalpfade dann auch entlang der
Masse geführt werden.
Für verteilte Systeme würde ich eine lineare Spannungsversorgung entlang
der Signalpfade vorsehen.
> Masse ...als Abschirmung mitführen, aber nur auf einer Seite verbinden?
Das ist m.E. Murks, damit erhöhst du nur die Chance auf kapazitive
Einkopplung. Daraus ergeben sich dann Ausgleichströme, die über deine
zentrale Masse eine Potentialverschiebung mit sich bringen.
Aber einfach mal so gefragt: Um welche Dimensionen handelt es sich?
Ist die Gesamtausdehnung des Systems eher 50cm oder eher 50m?
@Andrew Taylor:
Sorry, ich sehe immer noch kein ja. Ich verstehe das, was der
Fragesteller da vorschlägt, so wie im Anhang dargestellt:
(Ich habe nur Signal und GND-Leitungen gezeichnet, alles andere tut hier
nix zur Sache)
- zwischen den einzelnen Modulen laufen nur Signalleitungen direkt.
- Masse läuft den großen Umweg über die Power-Supply.
Damit hat man zwischen Hinleiter (Signal) und Rückleiter (Masse)
zwangsläufig eine (je nach Aufbau mehr oder weniger) großflächige
Schleife.
- Zum Vorschlag mit dem Schirm:
nur einseitig aufgelegt (also nicht durchverbunden ist KEIN Rückleiter,
somit muss der Rückstrom den anderen Weg entlangfließen. (Von einer
gewissen undefinierten kapazitiven Rückkopplung einmal abgesehen.)
@Lothar Miller:
Volle Zustimmung!
Meine Glaskugel schlägt eine von 1 nach 3 durchgehende dicke
Kupferschiene zur Diskussion vor. Damit dürfte der Spannungsabfall zu
den Netzteilen keine größere Rolle mehr spielen. :-)
dann brauchste aber auch keine Sternförmige Verteilung von der Supply
mehr.
Ich würde eher einfach die Masse von Modul zu Modul mitführen (also
nicht nur als Signal-Masse, sondern auch als Supplymasse). Wenn auf
jedem Modul die Betriebspannung einigermaßen gut geblockt ist, sollten
sich die Störsignale auf der Masse zw. den Modulen in Grenzen halten. Es
geht ja hier um digitale Signalübertragung zw. den Modulen - insofern
ist das mit den Störungen nicht mehr so dramatisch.
Es handelt sich um maximal 1 Quadratmeter, gepflastert mit 112mm*112mm
Module. Man könnte auf der Rückseite sogar ein riesiger Blech montieren,
wo Masse draufliegt ... Das ist aber so noch nicht vorgesehen.
Ein Masseblech wäre natürlich ideal.
Aber (je nach Art der Signale und der Störumgebung natürlich), können
einfachere Maßnahmen aber auch reichen.
Glasfasern sind natürlich auch immer sehr schön, scheinen mir bei diesen
Entfernungen aber übertrieben.
Gast wrote:
> Es handelt sich um maximal 1 Quadratmeter, gepflastert mit 112mm*112mm> Module. Man könnte auf der Rückseite sogar ein riesiger Blech montieren,> wo Masse draufliegt ... Das ist aber so noch nicht vorgesehen.
Wie oben beschrieben: Masse wie ursprünglich von Dir vorgesehen
verdrahten.
Schirm einseitig auflegen.
Paßt bei der vom TE genannten Entfernung defintiv und hier erprobt.
hth,
Andrew
>Wie oben beschrieben: Masse wie ursprünglich von Dir vorgesehen>verdrahten.>Schirm einseitig auflegen.
Nein! Immer noch nicht!
Ein einseitig aufgelegter Schirm ist KEIN RÜCKLEITER. Rückleiter müssen
dicht am Hinleiter verlegt sein, sonst gibt es Signalintegritäts- und
andere Probleme.
Einseitig aufgelegte Schirme können lediglich vor (langsam
veränderlichen) elektrostatischen Felder schützen, sonst nichts.
Sollte das Signal natürlich ein sehr langsames sein (dazu haben wir ja
bisher auch nichts gehört) und das einzige, was in dieser Umgebung
stört, langsame elektrische Felder sein, dann könnte es (zufällig und
wider vernünftiger Verdrahtungsregeln) trotzdem nicht nicht
funktionieren.
sous wrote:
> ...(blablabla...)
Ja, nee, iss klar.
Mach Du man. Ich sag dann mal den hier seit Jahren laufenden Systemen
das deren einwandfreie Funktion nicht sein, weil Du es so sagst.
bye,
Andrew
Für normale Einsatzfälle und normale Drahtstärken könnte seine Lösung
08.02.2009 11:41 nach unseren bisherigen INFORMATIONEN funktionieren.
Falls es sich jedoch um den Teilchenbeschleuniger in Cern handelt,
müssen wir noch mal überlegen. :-)
>Ja, nee, iss klar.>Mach Du man. Ich sag dann mal den hier seit Jahren laufenden Systemen>das deren einwandfreie Funktion nicht sein, weil Du es so sagst.>bye,>Andrew
Das System möchte ich sehen!
Steht wahrscheinlich Batteriebetrieben in der Wüste und die Signale
haben Anstiegszeiten im Millisekundenbereich.
Oder aber es ist doch ein wenig anders verkabelt, als Du behauptest!
Oder es funktioniert einfach wie von mir beschrieben. Letzteres ist der
Fall.
Wie oszi40 schon ganz richtig schreibt:
Solange man eine einigermaßen übliche Umgebung hat, ist's bei 1 m im
Quadrat völlig Banane mit dem Aufbau. So ab 20 bit wird das dann etwas
anspruchsvoller mit dem Aufbau. Aber 16 Bit ist noch gut handhabbar. Und
16Bit sind es ja wohl, wie der TE schreibt.
@Andrew Taylor:
Der TE hat über die Signalart gar nix geschrieben, ausser, dass sie
'digital' sei.
Er schreibt nichts von Baudraten, Flankensteilheiten usw.
Welcher Art die Störumgebung ist, schrieb er auch nicht.
Reden wir beide vielleicht die ganze Zeit an einander vorbei?
Gehst Du davon aus, dass er analoge Signale zu übertragen hat?
Falls meine vorige Antwort etwas gereizt klang, bitte ich übrigens um
Verzeihung. Dafür gab es zwei mögliche Gründe:
Einmal die Art wie Du mich 'zitiert' hattest:
> sous wrote:> > ...(blablabla...)
und zum anderen, dass es kurz vor der Mittagszeit war und ich
entsprechend hungrig gewesen bin (da ist man schnell mal gereizter als
sonst).
sous wrote:
> @Andrew Taylor:>> Der TE hat über die Signalart gar nix geschrieben, ausser, dass sie> 'digital' sei.> Er schreibt nichts von Baudraten, Flankensteilheiten usw.> Welcher Art die Störumgebung ist, schrieb er auch nicht.
Nun, wie oszi und ich berits schreiben: Wenn's normal-verseucht ist,
dann ist bei 1 m im Quadrat wenig Ärger zu erwarten.
>> Reden wir beide vielleicht die ganze Zeit an einander vorbei?
Kaum, und wenn dann nur um wenige Parsec.
Es ist eher so das Du für eine ultra-gestörte Umgebung mit über 16 Bit
applizierst. ("die Applikation machst")
Während ich für eine normal-versuchte Industrieumgebung 0.9 m links vom
250kW FU appliziere.
> Gehst Du davon aus, dass er analoge Signale zu übertragen hat?
Nein, ich habe den TE :
>> ich hab mehrere Module, auf denen eine 16Bit-Analogverarbeitung>> erfolgt.>> Diese Module tauschen untereinander Informationen digitale>> Informationen aus.
assoziert.
>> Falls meine vorige Antwort etwas gereizt klang, bitte ich übrigens um> Verzeihung.
Bleib locker, da man nicht für ,-)
Dafür gab es zwei mögliche Gründe:
> Einmal die Art wie Du mich 'zitiert' hattest:>> sous wrote:>> > ...(blablabla...)>> und zum anderen, dass es kurz vor der Mittagszeit war und ich> entsprechend hungrig gewesen bin (da ist man schnell mal gereizter als> sonst).
Das ist natürlich ein unverzeihlicher faux pas Deinerseits. Es ist
intolerabel im Forum Essen vor Problemlösung zu stellen. So was geht
hier gar nicht ,-)
Um aber ontopic zu werden: Es geht gut mit oben von mir beschriebener
Problemlösung. Man kann natürlich auch viel mehr Aufwand treiben (z.B.
den von Dir beschriebenen) - es wird dadurch nicht schlechter im
Meßergebnis.
hth,
Andrew
>Das ist natürlich ein unverzeihlicher faux pas Deinerseits. Es ist>intolerabel im Forum Essen vor Problemlösung zu stellen. So was geht>hier gar nicht ,-)
Asche auf mein Haupt, das ist natürlich wahr. :)
>Nun, wie oszi und ich berits schreiben: Wenn's normal-verseucht ist,>dann ist bei 1 m im Quadrat wenig Ärger zu erwarten.
Der Wahrheitsgehalt dieser Aussage ist schon ein wenig von den zu
verschaltenden Systemen abhängig.
Eine Leiterschleife von der Größenordnung 1 m² kann durchaus heftig
Signale einkoppeln (und natürlich auch auskoppeln, auch darauf sollte
man achten).
Dabei denke ich durchaus nicht an Blitzeinschläge (LEMP) und
nuklearexplosionen in der oberen Atmosphäre (NEMP).
Bursts auf Nachbarleitungen sowie elektrostatische Entladungen (ESD) in
der Nähe können hier schon ein erstaunliches Störpotenzial entwickeln.
Die Abstrahlung eines Mobiltelefons in der Nähe ist auch nicht ohne.
Sollten die Digitaleingänge hochohmig und empfindlich für schnell
ansteigende Flanken sein (z.B. schnellere CMOS-Schaltungen), dann kann
es durchaus zu Funktionsstörungen kommen.
Das ist keine reine Theorie, das habe ich in der Zeit als ich in der
ESD-Forschung tätig war mehr als ein Mal erlebt.
Handelt es sich dagegen um langsame, störsichere Logik (evtl. noch auf
24V-Pegel wie in der Automatisierungstechnik teilweise üblich), dann
stimme ich Euch ohne Vorbehalte zu.
noch eine Ergänzung:
@Andrew Taylor:
Du sprichst immer von Bits (16 oder 20) und von Messergebnissen. Das
heißt für mich, Du erwägst den Einfluß der Störungen auf den analogen
Schaltungsteil.
Ich denke hier eher an die reine Digitalübertragung.
sous wrote:
> noch eine Ergänzung:>> @Andrew Taylor:> Du sprichst immer von Bits (16 oder 20) und von Messergebnissen. Das> heißt für mich, Du erwägst den Einfluß der Störungen auf den analogen> Schaltungsteil.
Aber klar doch. Das ist es was den Praktiker nerven kann.
> Ich denke hier eher an die reine Digitalübertragung.
Das Problem ist bei diesen Dimensionen traumhaft gering.
16Bit Wandler (schreibt er ja) sind nun wirklich keine
GHz-Digitaliserer.
Nochmals meine kleine Bemerkung von weiter oben: "Mit den uns zur
Verfügung stehenden INFORMATIONEN"
Ob CMOS oder sonstwas wissen wir nicht. Da reicht schon ein Kamm /m².
oszi40 wrote:
> Nochmals meine kleine Bemerkung von weiter oben: "Mit den uns zur> Verfügung stehenden INFORMATIONEN"> Ob CMOS oder sonstwas wissen wir nicht. Da reicht schon ein Kamm /m².
Nö. Die Ausgänge der CMOS (falls es denn so sein sollte) sind sehr
niederohmig gegen Masse oder +Ub. Damit halten sie das Problem im Zaum.
Da kannst Du oft kämmen ;-))
Man kann natürlich auf so Intelligenzler treffen die hier tri-state
unterminiert einsetzen. Diese Entwickler gehören gestraft. Bzw. mit dem
Kamm gebürstet ,-)
Hallo nochmal und Sorry für die Verwirrung, die ich verursacht hab ...
Der 16Bit ADC digitalisiert mit 40kHz und sendet die Daten über ein FPGA
zum Nachbarmodul, auf dem sie von einem FPGA ebenfalls wieder eingelesen
werden. Die Signalwege sind daher nur maximal 10cm lang.
Grund des Ganzen ist, dass es sich dabei um eine Wissenschaftliche
Arbeit handelt und ich sie möglichst optimal machen möchte. Dabei würde
ich auch gerne Begründen, wieso ich zB die Masse von Modul zu Modul
nicht mitführe, bzw wieso ich sie nur einseitig aufgelegt habe, bzw
wieso ich sie an beiden Seiten angeschlossen habe, obwohl das
Masseschleifen geben könnte usw ...
Also wenn ich das richtig verstanden hab, ist bei meiner Popelanwendung
egal und ich kann es irgendwie machen?
Sorry für den lack an Informationen ... Hatte nich damit gerechnet, dass
das so eine schwere Geburt wird ... Dachte, es würde ein einfaches,
allgemeingültiges Konzept geben. Schließlich ist ja das Thema
Abschirmung bei Computerperipherie schon lange ein Thema usw ...
Grüße
Gast
Gast wrote:
> Also wenn ich das richtig verstanden hab, ist bei meiner Popelanwendung> egal und ich kann es irgendwie machen?
sous hat Recht. Es ist auch keine Frage der "Praxis" ob man schlampen
darf oder nicht. Die auftretenden Signale sind zugegeben nicht extrem
schnell, wenn du den Schirm einseitig auflegst kannst du ihn dir bei den
gegebenen Distanzen gleich ganz sparen. Er würde nur das Einkoppeln von
Störungen unterbinden - auf dieser Distanz unnötig. Allerdings erhöht
sich die Induktivität deines Signalpfades beachtlich wenn man den
Rückleiter nicht dicht am Hinleiter verlegt, was zu einem
Tiefpassverhlten führt. Die Geschichte mit einseitig aufgelegtem Schirm
macht nur bei langen Distanzen und gleichzeitig differenziell
übertragenen Signalen Sinn.
Ich würde bei deiner Konstruktion nicht nur auf einen Sternpunkt oder
nur auf eine verkettete Lösung setzen, sondern auf einen
niederimpedanten Maschenaufbau. Wenn die Module klein sind sollte sich
das näherungsweise wie eine massive Massefläche verhalten. Zusätzlich
kann es nicht schaden, wenn man zusätzlich Masse nahe an den getakteten
Signalen führt.
Für's Verständnis kann ich folgende Literatur empfehlen:
http://www.hottconsultants.com/pdf_files/june2001pcd_mixedsignal.pdf
wie ich schon sagte - einfach die Masse von Modul zu Modul mitführen (so
wie auch das Signal geführt wird), über die gleichzeitig Signal- und
Supply-Masse geht. Solange Deine Module keine Powermodule sind, sind die
gleichstrommäßigen Spannungsabfälle vergleichsweise
gering/vernachlässigbar. Signalmäßig ist es als ideal zu bezeichnen. So
wie es z.B. auch einfach beim USB-Bus gehandhabt wird.
Antwort zur Massefrage:
Eine Massefrage ist bei Verteidigungen durchaus beliebt. Daher sollte
man nicht nur den technischen Sinn sehen, sondern auch seine "Erfindung"
plausibel erklären können.
@ Gast
Auf die simpelste Lösung ist hier wieder mal keiner gekommen.
Für jedes Modul ein eigenes Netzteil bzw.getrennte Sekundär-
schaltungen benutzen. Dann gibt auch keine Masseschleifen
weil die Massen in der Versorgung galvanisch getrennt sind.
> Für jedes Modul ein eigenes Netzteil...
Das ist aber wieder saubere Augenwischerei :-/
Eine Masse muß sowieso zwingend verbunden werden werden. Wo sollte
denn sonst der Rückstrom der Signale fließen (wenn irgendwo ein Strom
hineinfließt kommt der dort garantiert wieder heraus)?
@AC/DC:
Das ist eine gute Lösung.
Allerdings muss man auf sekundärseitig nicht geerdete Netzteile
zurückgreifen, sonst sind die Versorgungs-Massen über Erde doch wieder
an einer Stelle verbunden, wo man es nicht möchte.
Nachteil der Lösung ist der hohe Aufwand.
@Lothar Miller:
Ich habe hier mal gezeichnet, wie das wahrscheinlich gemeint ist.
Wo siehst Du da ein Problem fehlender Rückstrompfade?
Jedes Signal hat seinen Hin- und Rückleiter,
jede Versorgungsleitung auch.
>Eine Masse muß sowieso zwingend verbunden werden werden. Wo sollte>denn sonst der Rückstrom der Signale fließen (wenn irgendwo ein Strom>hineinfließt kommt der dort garantiert wieder heraus)?
Das machste eben über die Signalwege wie das ja auch bei
Rundfunkgeräten gelöst ist. Jeder Videorecorder,jeder Receiver, jeder
Fernseher hat ein eigenes nicht geerdetes Netzteil.Die Masseverbindung
wird dann über die Signalleitungen hergestellt.
>Allerdings muss man auf sekundärseitig nicht geerdete Netzteile>zurückgreifen, sonst sind die Versorgungs-Massen über Erde doch wieder>an einer Stelle verbunden, wo man es nicht möchte.
Geerdet wird nur primär(wenn überhaupt und auch nur für Eingangsfilter).
Metallgehäuseerdung ist auch nicht nötig wenn das Netzteil ausreichend
gekappselt ist. (Schau dir mal div. Geräte an,z.b. Receiver).
Wenn man sekundär erdet wäre es ja nicht mehr galvanisch getrennt.
Und somit ist das Masseschleifenpoblem erledigt.
>>> Es handelt sich um maximal 1 Quadratmeter...
Das ist für mich eine Fläche, also am ehesten eine Matrix von Modulen.
> Ich habe hier mal gezeichnet, wie das wahrscheinlich gemeint ist.
Nich unbedingt, denn du bist bisher eindimensional...
Und vor allem hast du die HF-Kopplung (Ableitstrom) über die vielen
Netzteile ignoriert. Die Verkabelung hört nämlich nicht einfach unten am
Netzteil auf, sondern die geht weiter (die Netzteile müssen ihren Strom
ja auch irgendwo her bekommen).
Ich sehe das so:
Solange die einzelnen Module nicht Ströme im oberen zweistelligen
Ampere-Bereich aufnehmen, würde ich das ganz einfach linear
hintereinander schalten (sofern es einen linearen Datenstrom mit Anfang
und Ende gibt).
Evtl. bietet es sich an, den Versorgungsstrom (und damit die
Potentialverschiebung zwischen dem ersten und dem letzten Modul) zu
reduzieren, indem mit einer höheren Versorgungsspannung gefahren wird
und jedes Modul seinen lokalen getakteten Spannungsregler hat.
ach - machts doch mal so, wie ich es sagte - einfach die Masse
durchschleifen, so wie Beispiel USB es uns vormacht, wenn keine
separaten Netzteile genutzt werden. Bei dem einfachen Beispiel mit den
drei Modulen sicherlich das zweckmäßigste.
> Nich unbedingt, denn du bist bisher eindimensional...
Ich verstehe nicht, was Du meinst.
>Und vor allem hast du die HF-Kopplung (Ableitstrom) über die vielen
Netzteile ignoriert.
Das ist allerdings leider wahr!
@ T. H. (pumpkin):
Danke für das PDF, sehr informativ!
Aber das ist wie Hund vs Katze, Weiß vs Schwarz, Linux vs Windows ...
Dort heißt es: It is almost always better to have only a single
reference (plane) for your system.
In "Ops for everyone" von TI heißt es wieder was anderes ...
Verwirrend :)
>> Nich unbedingt, denn du bist bisher eindimensional...> Ich verstehe nicht, was Du meinst.
Die Aussage
>>>... um maximal 1 Quadratmeter, gepflastert mit 112mm*112mm Module ...
verleitet mich zur Annahme, dass die Module in einer zweidimensinalen
Matrix angeordnet sind. Und hier kann ein Informationsfluss
(Datenleitungen) in X- und in Y-Richtung erwünscht sein. Das Ganze wäre
dann eher ein Gitter.
Hmmm ... das gute alte Masseproblem.
Geht das, dass man sich ein differentielles Signal aufbaut, das per
Twisted Pair überträgt, und auf die Masse zwischen den Geräten
verzichtet?
Da ja nur ein Netzteil verwendet wird, sollte die Differenz der
sternförmig geführten Masse nur minimal sein.
---
Ausserdem: Warum so ein grosser Aufwand? Kann man nicht auf jedem
Einzelgerät eine eigene Sub-Versorgung aufbauen, und den Analogteil so
gut es geht vom Digitalteil trennen?
uCs haben idR. getrennte A, D - Massen für soetwas.
VG,
/th.
pwrsupply.png
(30 KB)
