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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Störungen auf Vcc


Autor: Andreas (Gast)
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Hallo Forum!
Ich hab da so ein Problem! Und zwar hab ich vier Elektroniken auf denen 
LED-Treiber und µC drauf sind. Diese sind auf einer Metallplatte 
montiert. Alle 4 Elektroniken kommunizieren über RS232. Sind die LEDs 
aus, gibts kein Problem. Sind sie ein, so ist auf Vcc (und somit auch an 
den Datenleitungen) ein Rauschen von ca. !800mV vorhanden. Dieses stört 
natürlich die Kommunikation unter den Elektroniken enorm.
Betreibe ich den Aufbau mit abmontierter Metallplatte, sind zwar auch 
noch Störungen da, aber nur mehr ca. 150mV. Und die Komm. funktioniert.
Meine Frage nun: Wodurch entsteht das und noch wichtiger: Wie krieg ich 
das weg?

PS: LED-Treiber sind Zetex-Bausteine mit Spulen, Kondensatoren ...
PPS: Die Elektroniken werden mit 48V betrieben (Schaltnetzteile) - 3,3V 
kommen aus LM2936

Vielen Dank

mfg
Andreas

Autor: Jens G. (jensig)
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- Vcc schlecht abgeblockt
- Meßgerät falsch angeschlossen an den Elektroniken (z.B. miserabel 
langer Masseanschluß)
- Masseschleifen, oder sonstwie ungünstig verlegt
- Blecher nicht mit Masse verbunden
- u.a.

Autor: Ronald S. (mline)
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Metallplatte mit GND verbunden?

Autor: Andreas (Gast)
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Metallplatte ist geerdet...

Autor: oszi40 (Gast)
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-Sind die LEDs am Multiplexer? Spannungen mit zusätzlichen 47nF Kerkos 
besser abblocken?
-Masseschleifen ?? Gegenprobe ohne RS232 ?

Autor: Andreas (Gast)
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Danke mal für eure Antworten!

- Die LEDs sind direkt an den Treiber-Ausgängen angeschlossen.
- Vcc ist auch ohne den RS232-Verbindungen "verschmutzt"
- Sollte ich die Platte mal an GND anstatt an die Erde anschließen?
- Was genau ist (in diesem Zusammenhang) eine Masseschleife?


thx andreas

Autor: carlau (Gast)
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Da du sagst, dass du nur mit LEDsAN die Störung so massiv hast, vermute 
ich, dass du ein Brummen auf der Leitung bzw Massefläche bekommst, weil 
der gesamte Strom der LEDs über die Massefläche fließt und die 
wahrscheinlich nicht sauber geroutet ist, bei 4 Baugruppen bzw 
"Elektroniken".
Mit was für einer Frequenz laufen die Schaltnetzteile? und wo sitzen 
die? Extern oder mit auf der Platine? Sind die Elektroniken voneinander 
örtlich getrennt und haben die selbe Masse oder sitzen die auf einer 
Platine zusammen?
Du solltest die GND´s der verschiedenen Baugruppen an einem definierten 
Punkt zusammenführen und nicht mal im Kreis verdrahten und kreuz und 
quer die GNDs holen. Also eher sternförmig zusammenführen gerade von 
"große" Ströme fließen...

Autor: Andreas (Gast)
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Die vier Elektroniken sind eigenständig, werden aber von einem Netzteil 
versorgt (das auch auf der Metallplatte sitzt - ist ein Zukaufteil im 
Plastikgehäuse). Mit welcher Frequenz die laufen, weiß ich leider nicht! 
Zusätzlich sind die Elektroniken durch die UART miteinander verbunden 
(3,3V - GND - RXD - TXD).

Autor: Andreas (Gast)
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zur Info:
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|   |  Elektronik 1  | || |  Elektronik 2  |  || ------------------  |
|   |                | || |                |  ||                     |
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Alle 4 Elektroniken sind noch zusätzlich mit einem Flachbandkabel 
(GND/3.3V/TxD/RxD) miteinander verbunden. Netzteil 1 und 2 werden von 
einer gemeinsamen Klemme mit 230V versorgt. Außerdem gehen von den 
Elektroniken noch Flachbandkabel zu den LEDs weg (jeweils nach außen 
hin).

Autor: carlau (Gast)
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ohne die gegebenheiten der elektronik zu kennen würde ich versuchen 
umzuverdrahten und dann nochmal schauen. Wichtig ist dabei die Läge der 
Flachbandkabel und wie du die untereinander verdrahtest. Die Spannung 
würde ich gut puffern und dann schön die besagten paar nF abblocker an 
jede relevante Spannungsversorgung + nahe ICs aber da kannst du bei den 
Platinen wahrscheinlich nichts mehr machen, wenn die schon fertig sind. 
Ich würde auch die Flachbandkabel nochmal checken. Liegen da vielleicht 
noch hochfrequente signale in der Nähe?
Versuch mal die Spannung der Netzteile mit was anderem zu belasten und 
dann mal schauen was da rauskommt und das gleiche für den 3.3V regler. 
notfalls mal eine Leiterbahn cutten messen dann wieder flicken. 
Ärgerlich aber muss dann wohl sein, besser wenn du eine Fuse hast oder 
eine längstdiode oder sonst was, das du auslöten könntest.
Da fällt mir ein, wie hast du eigentlich die Störung gemessen und wo?
Wie Laufen deine Masseverbindungen konkret?
Kanns sein, dass deine Spannung einfach einbricht, wenn du zu viel Strom 
ziehst? LM2936 50mA???

Autor: carlau (Gast)
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edit: Klemm mal die metallplatte von der erde ab
und danach mal an gnd

Autor: Andreas (Gast)
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Hallo,
Zunächst einmal vielen Dank für eure Vorschläge! Ich werde nun mal die 
Platte an GND hängen und untersuchen, ob ich wo Masseschleifen habe!
Gemessen hab ich die Signale direkt am Versorgungspin des Atmel und an 
den Rxd,TxD-Pins. Im Anhang mal ein Vergleich zwischen LEDs an und LEDs 
aus!
Bei dem Bild LEDs aus gibt es noch eine Oberwelle an VCC - der Ursprung 
ist mir aber bekannt und hab ich bereits entfernt!

mfg

Autor: Anja (Gast)
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Hallo,
ohne die Masseverdrahtung jetzt genauer zu kennen.
Das Problem scheint zu sein daß auf den Elektroniken der Leistungs-Gnd 
nicht galvanisch getrennt vom Logik-Gnd ist.
folgende Lösungsansätze:
- kann Leistung-Gnd und Logik-Gnd getrennt zu den Netzteilen geroutet 
werden? (Sternpunkt am Netzteil / bzw. den Netzteilen)
- Falls dies nicht möglich ist: 4 Netzteile anstelle 2er verwenden und 
den Sternpunkt zwischen den Logik-Gnds der Leiterplatten legen.
- Weitere Möglichkeit: Masseschleifen durch Optokoppler o.ä. bei der 
Kommunikation auftrennen. Eventuell reicht auch ein umstellen auf 
differentielle Treiber und Empfänger (RS422 / RS485)

Die Metallplatte in die Gnd-Verdrahtung mit einbeziehen würde ich bei 
professionellen Schaltungen nicht, da dann ESD-Entladungen die 
Kommunikation stören und vermutlich auch die Abstrahlung größer wird. 
(Fällt beim EMV-Test durch). Bei Bastel-Schaltungen kann dies eine 
Verbesserung bringen.

Autor: Andy N. (matador)
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Denke du hast 3 haupsächliche Probleme:

-Schaltregler der LED nicht richtig geroutet(große Stromschleifen) und 
vom dem Rest via Induktivität/Ferrit nicht entkoppelt
-Schlecht geroutetes Gesamtlayout mit zu großer Impedanz der 
Masseanbindung/Massefläche
-Schlecht gepufferte Vcc (fehlende TP Filter)

So wirst du nicht nur Probleme mit der Signalintegrität haben, sonder 
auch in jeder EMV Messung durchfallen.

Poste doch mal ein Layout und Schaltplan wenn es möglich und dir erlaubt 
ist!

mfg

Autor: Andreas (Gast)
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Hallo,
Also Layout und Schaltplan kann ich leider nicht posten, sonst müsst ich 
euch alle erschießen. :-) :-)
Spaß beiseite: Ich habe gerade schrittweise die Teile zerlegt und 
gemessen. Ein bisschen ein "Grundrauschen" hab ich immer drauf - das 
wird wahrscheinlich ein schlechtes Routing sein, aber die Komm. 
funktioniert trotzdem.
Was ich vorher noch nicht erwähnt habe: Um die Metallplatte kommt noch 
ein Rahmen herum, auf dem die LED-Platinen mit Wärmeleitfolie aufgeklebt 
werden. Die LED-Platine ist eine Metallkernplatine. Folgende Beobachtung 
hab ich nun gemacht:
Wenn ich die LED-Platinen nicht auf den Rahmen klebe, ist das Rauschen 
gering. Sobald ich die LEDs aufklebe, gibt es ein Rauschen und die Komm. 
ist gestört. Wie kann man das erklären? Was kann ich dagegen tun?

Vielen Dank für eure Hilfe. Echt toll, dass das hier so gut 
funktioniert!

Andreas

Autor: Jens G. (jensig)
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Das Problem ist mit Sicherheit das Massedesign auf der Platine, und/oder 
schlechte Abblockung der Vcc.
Hast du die Masseleitung des Oszi-Tastkopfes direkt vom Tastkopf an 
Masse der Platine angeklemmt?
Hast Du mal diese Tastkopfmasse an unterschiedlichen Masse-Stellen auf 
der Platine getestet, wie das Ergebnis aussieht?
Wieso fragtest Du gestern:
>- Sollte ich die Platte mal an GND anstatt an die Erde anschließen?

Was für eine Erde??? Üblicherweise gibt's erstmal nur Masse, was 
üblicherweise 0V darstellt, und vielleicht manche (noch) als Erde 
bezeichnen. Allerdings klingt Deine Frage so, als wäre beides bei Dir 
was unterschiedliches.

Autor: Andreas (Gast)
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Also die Masseleitung hab ich direkt an GND der Platine gemacht. An 
verschiedenen Stellen hab ich noch nicht probiert - werd ich aber 
machen!
Unter Erde (Erdung) verstehe ich die von der Steckdose. GND ist Minus 
vom Netzteil. Da die Platte geerdet ist, wollte ich nur wissen, ob es 
was bringt, diese mal an das "-" vom Netzeil zu hängen!

mfg

Autor: Jens G. (jensig)
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Also an einen anderen Bezugspunkt wie die Erde der Steckdose würde ich 
erstmal gar nichts machen. Denn diese Erde kann ganz andere Potentiale 
und Ströungen drauf haben, die sich dann irgendwo in die Schaltung 
einkoppeln können. Also einzige Erde-Verbindung, die meistens ohnehin 
voehanden ist, ist die, die übers Oszi via Schutzkontakt reinkommt. Aber 
das ist dann nur eine Verbindung zur Schaltungsmasse. Wenn dann auch 
noch das Netzteil evtl. eine Erd-Masse verbindung hat, dann haste im 
ganzen eine schöne Masseschleife, welche tolle Störströme im gebildeten 
Ring fließen lassen kann.

Autor: Andy N. (matador)
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Jens hat Recht. Lass mal alle Verbindungen zur "Steckdosenmasse" und 
nimm als Gesamtbezug den "-" vom Neztteil. Dananch machste deine 
Messungen nochmal

Autor: oszi40 (Gast)
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Bis jetzt sieht meine Glaskugel:

1.obige Vermutung Masseführung
2.Netz-Einstreuung durch Schaltnetzteil von hinten oder außen ??
3.Fehlende Abblock-Cs nahe der Störquellen
4.Einsteuung des Schaltnetzteils durch ungünstige ANordnung?

Gegen 2. würde ich glatt mal ein Netzfilter testen
z.B. Artikel-Nr.: 515442 - 62
 http://www1.conrad.de/scripts/wgate/zcop_b2c/~flN0...

Autor: oszi40 (Gast)
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Wenn ich oben "Flachbandkabel" lese dann frag ich mich nun besorgt, wie 
hoch der Spannungsabfall dieser "Masseverbindung" sein wird. Bleibt zu 
hoffen, daß jeder 2. Draht eine Masse ist.

Autor: Jens G. (jensig)
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naja, Flachbandkabel muß nicht unbedingt ein Riesenproblem sein, wenn 
die Vcc auf jeder Platine ordentlich abgeblockt werden - 10 oder 100µ 
pro Platine + 100n nahe an jedem Verbraucher, der relativ stark 
"impulsiv" ist (µC, oder LED's). D.h., am Vcc Anschluß der Platine 
sollten gegen den Masseanschluß der Platine keine (wesentlichen) 
Wechselspannungsanteile mehr meßbar sein.
Solange der Gesamtstromverbrauch keine zu hohen Spannungsabfälle übers 
Flachbandkabel verursachen, sollte die Dinger kein Problem sein.

Autor: Andreas (Gast)
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OK, dass ich am Aufbau bzw. Layout noch einiges ändern muss ist mir 
klar. Aber was ich nicht verstehe, ist, warum dieser Alurahmen mit 
aufgeklebten LEDs als "Antenne" fungiert, obwohl die LEDs vom Rahmen 
isoliert sind.
Kann das jemand erklären?

Autor: Andy N. (matador)
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Kannst ja mal um die Leitungen zu den LED Platinen und um die 
Flachbandkabel wenn möglich nacheinander Ferrite aufklipsen. Nach jedem 
Ferrit die Vcc auf Störeinwirkung überprüfen und so versuchen die 
Ursache enger einzugrenzen!

mfg

Autor: Jens G. (jensig)
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Schalte doch mal das Oszi auf kurze Zeitraster ein (µs oder ns Bereich), 
und schaue Dir dort die Störungen an. Wenn das nur schmale Spikes sind, 
dann sind's Störungen durch Umschaltvorgänge, die sich wunderbar 
kapazitiv übertragen lassen (eben deine "Blechantenne").
Sind das breitere Impulse, dann ist das offensichtlich direkt der 
Fingerabdruck des Stromverbrauchs einer/mehrerer Teile deiner Platine.
Beides läßt sich zu fast 100% durch entsprechende Abblockung und 
Massedesign entschärfen (die Spikes durch 100nF C's, die breiteren 
Dinger durch einige µF)
Leider haben wir nicht das Layout deiner Platinen, und auch nicht, wie 
das ganze zusammengebunden wurde, insofern können wir leider nur in die 
Glaskugel schauen.

Autor: oszi40 (Gast)
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Alurahmen und aufgeklebte LEDs haben auch schöne eine Kapazität 
gegeneinander? Frage ist, ob Störung HF-mägig abgeleitet werden muß oder 
evtl. durch Klapp-Ferrit die steilen Recheckimpulse Deiner 
LED-Ansteuerung entschäft werden können.

Bevor alles im Lot ist, werden wohl bei der Anordnung noch einige 
Erfahrungen gesammelt werden.

Autor: Andreas (Gast)
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Danke für eure Antworten. Ich glaube, ich werde mich ein bisschen in die 
ganze Thematik einlesen.
Zum Schluss: Ich muss nun einen Bericht über die Ursache schreiben. Kann 
man nun sagen, dass die LED-Module aufgeklebt auf den Alurahmen 
Spannungen (und somit Störungen) induzieren und diese abgestrahlt 
werden. Oder wie könnte ich das ausdrücken??

mfg
Andreas

Autor: Andreas (Gast)
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keiner eine Idee??

Autor: Gast XIV (Gast)
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Bei den Störungen sieht es eher nach einem Masseschluss aus. Darauf 
weisen auch die extremen Störungen wenn die Leds am Rahmen sind hin.

Würde erstmal mit einem Ohmmeter anfangen und den Widerstand von ein 
paar Leitungen mit ohne Metallrahmen messen . Da darf sich nichts 
ändern.

Autor: Jens G. (jensig)
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Meine Meinung: bei solch massiven Störungen liegt die Ursache nicht in 
falsch aufgeklebten LED-Modulen, sondern schlicht und einfach im Layout 
von Masse/Vcc. Selbst wenn der Alurahmen Störungen verstärkt abstrahlen 
sollte (den würde ich ohnehin möglichst niederohmig mit Masse der 
Platine an geeigneter Stelle verbinden (nicht Steckdosenerde) - so 
massiv sollte das sich nicht auswirken - es sei denn, LED+Alurahmen 
liegen auf der RS232 Strippe, und dieselbe wäre ungeschirmt.

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