Hallo! In einem neuen Projekt würde ich meine Platine gerne modular aufbauen, so dass es z.B. eine Platine zur Temperaturmessung, eine mit dem µC etc gibt, die später aufeinander gesteckt werden, je nach Anwendung, zumal das Platzangebot gering ist. Auf einigen Platinen befinden sich z.B. ADC und µC, manche sind rein analog. Die eigentliche Frage bezieht sich nun auf die Masseflächen AGND und DGND. Diese werden ja bei einer einzelnen Platine in einem Rechteck o.ä. miteinander verbunden, aber wie ist es bei mehreren Platinen? Wie ist es dort sinnvoll AGND und DGND zu trennen bzw. zusammenzuführen? Einfach nur auf der Versorgungsplatine zusammenführen und dann jeweils einzelnd mit Steckverbindern herausführen zu den darüberliegenden Platinen? Welche Möglichkeit wäre sinnvoll? Danke für eure Anregungen!
Die meisten Datenblattangaben zu diesem Thema sind Banane. Offenbar leben die Schreiber solcher Datenblätter in einem Raumland, das nichts mit der Realität zu tun hat. Oft liest man da, daß analoge und digitale Masserflächen strickt zu trennen sind und nur an einer Stelle zusammengeführt werden sollen. Um die Trennung perfekt zu machen, holt man sich für beide Bereiche "getrennte" Versorgungsspannungen. So etwas ist völliger Quatsch, weil es getrennte Versorgungsspannungen nur in der heilen Ja/Nein-Welt der Digitalingenieure gibt. Denke nur an Störungen, die aus dem Netz auf die Sekundärseite des Trafos gelangen. Führst du alle Masssen wirklich nur unter dem "einen" AD-Wandler auf der Platine zusammen, läßt du die Netzstörungen tatsächlich bis zum AD-Wandler durchschlagen. Machst du es aber richtig und führst HF-Störungen von jeder einzelnen Masse zum Gehäuse oder irgendeinen anderen HF-Bezugspunkt (radio frequency plane), sind die Massen bereits an einem anderen Punkt miteinander verbunden, für HF-zwar, aber die digitale Schaltung erzeugt ja HF. Also hast du schon einen zweiten Pfad und deine schöne Trennung ist futsch. Was die Sache aber dann am Ende völlig absurd macht, ist, wenn du mehrere solcher AD-Wandler hast, die alle ihre Massen an nur einem Punkt unter ihrem Chip verbunden haben wollen. Diese unlösbare Aufgabe löst man heute immer öfter so, daß man nur eine einzige Masssefläche verwendet und die digitalen und analogen Schaltungen und Leiterbahnen räumlich voneinander trennt. Außerdem wird viel gefiltert und verdrosselt in solchen Systemen, mit PI-Filtern in den Versorgungsleitungen und RC-Filtern in den digitalen Leitungen um die Anstiegszeiten zu vergößern und damit die Störungen zu verkleinern. Eine andere wichtige Maßnahme ist die Verwendung symmetrischer Signaltechnik für bestimmte analoge Leitungen, weil auch damit der Einfluß von Ground Noise drastisch verringert werden kann. Viele AD-Wandler haben bereits symmetrische Eingänge. Am Anfang mußt du dir erst mal eine RF-Plane suchen, eine HF-Bezugsfläche also, auf die du alle HF-Störungen zurückführst, an der du alle Kabelschirme festmachst und an die großflächig alle Massen der Versorgungsspannungen verbunden werden. Schau mal, wie das die PCs machen. Dann sitzt die Analogelektronik auf einer Massefläche in der Nähe dieser RF-Plane. Die digitale Schaltung schiebst du weit weg von dieser RF-Plane und der analogen Schaltung, ins Innere der Geräts. Mußt du digitale Signale nach außen führen, dann darfst du nur verdrosselte Leitungen zur RF-Plane führen. Diese Drossel muß Gleichtaktstörungen unterdrücken, also solltest du hierfür eine Gleichtaktdrossel verwenden. Ich will dir aber nichts vormachen: Wenn du das richtig machen willst, mußt du dich tief in die Materie einarbeiten... Kai Klaas
Hi! Also im Prinzip ist eine gemeinsame Masseführung unkritisch (habe ich in der Praxis bis jetzt festgestellt; ausser man bewegt sich im HF-Bereich) solange man halt grundlegende Entstörkriterien beachtet und deine Analogschaltung so an sich stabil ist. Erwartest du, dass der Analogteil eher den Digitalteil stört oder umgekehrt? Gruß Christian
Hallo! Also vielen Dank zunächst für die ausführlichen Antworten! Da werde ich mich auf jeden Fall noch weiter schlau machen, bevor ich mit dem Layouten beginne. Bisher war bei mir eine Massefläche stets ausreichend, nun allerdings werde ich Spannungsänderungen von z.T. <5µV auflösen müssen. Bei einer vorigen Platine hatte ich stets Peaks auf der Massefläche durch manche digitalen Bauelemente bzw. ICs, so dass die Messergebnisse oft verfälscht waren. Daher nun die Idee mit den getrennten Masseflächen, die ja wie ihr schon geschrieben habt in vielen AppNotes als Muss angepriesen werden. Aber wie es meist so ist, steht noch viel informieren vor dem Layouten! Insbesondere auch zum ADC und dessen Integration.
5µV? Da brauchst du aber mehr als bloß getrennte Masseflächen... Das gibt nix. Da brauchst du extrem rauscharme Bauteile.
>5µV? Da brauchst du aber mehr als bloß getrennte Masseflächen... Das >gibt nix. Da brauchst du extrem rauscharme Bauteile. Mit den 5µV darf man natürlich nicht mal in die Nähe des Mikrocontrollers kommen. Etwas entfernt störungsfrei vorverstärken ist hier die Devise. Kai Klaas
@Karl Klass: Wie wäre es wenn du einmal einen kleinen Artikel hier im µC.net dazu verfasst? Das was du geschrieben hast war gut verständlich und wenn ich bedenke wie viele AGND-DGND Massentrennungs Threads hier innerhalb einer Woche aufgetaucht sind wäre das sogar ein sehr nützlicher Artikel. Wobei die meisten diesen dann soweiso nicht lesen würden. :-(
5uV zu messen ist nicht so schwierig, wie es scheint. Wichtig ist dabei differentiell zu arbeiten. Dh einen ADC mit Differentialeingaengen zu verwenden. Und dann die gesammte Verstaerkungskette vornedran auch differentiell zu arbeiten. Bezueglich GND gibt es dann nicht. Den GND muss man dann jeweils als GND+irgendwas betrachten.
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