Hallo an alle, ich habe für den Winter ein etwas größeres Projekt in Sachen Elektronik geplant. Herauskommen soll dabei ein Bordcomputer fürs Auto, der unter anderem verschiedene Temperaturen überwacht. Hierzu möchte ich insgesamt 8 PT1000 Fühler verwenden, die ich mit jeweils einem AD7793 von Analog Devices auswerte. Um das ganze relativ sinnvoll aufzubauen habe ich mich dazu entschieden, die AD-Wandler Baugruppe räumlich getrennt vom "Hauptprozessor" zu halten und in ein Metallgehäuse zu setzen. Die Kommunikation zum µC erfolgt dann seriell, da der AD7793 ja bereits so eine Schnittstelle mitbringt. Nun zum eigentlichen "Problem": Ich bin momentan beim Entflechten der Platine und muss mir eingestehen, dass 8 AD-Wandler auf einer doppelseitigen Platine wirklich nicht ganz ohne sind...gerade wenn noch eine EMV-günstige Leiterbahnverlegung hinzu kommt :-( Daher war mein erster Gedanke analog- und Digitalteil voneinander zu trennen, auf die Unterseite kommt alles Analoge (AD-Wandler, AVcc, große AGND-Fläche) und auf die Oberseite das ganze digitale "Gerotz" (CLK- und Datensignale, Stromversorgung, DGND-Fläche etc). Digitale Anschlüsse links, Sensoranschlüsse rechts. Soweit so gut....in Anhang sehr ihr das Layout, welches ich bisher zustande gebracht habe...weis nun nicht ob ich so weiter machen soll oder irgendwas ändern oder gleich auf 4 Lagen umsteigen soll...wobei mir dazu die Software und die Fertigungsmöglichkeiten fehlen :-( Über ein kurzes Feedback wäre ich dankbar, da ich bisher noch nicht sooo viel Zeit investiert habe... Gruß Jan
Jan schrieb: > dass 8 AD-Wandler auf einer doppelseitigen Platine wirklich nicht ganz > ohne sind Was ist denn mit einem Multiplexer? Das spart auch extrem Kosten.
Jan schrieb: > Nun zum eigentlichen "Problem": Komische Planung (meine Meinung). 16-bit für Temperaturen im Auto? Kabel zu den Sensoren hast du ja auch noch. Brauchst du die Auflösung überhaupt? Ansonsten nimm einfach einen kleinen uC mit genug Analogeingängen, z.B. ein tiny26 mit 10 ADCs mit 10bit und steck die restliche Fläche lieber in eine ordentliche, robuste Signalaufbereitung.
Naja die hohe Auflösung ist bedingt durch den Temperaturbereich und die gewünschte Genauigkeit von 0.2 Grad Gerade bei so Sachen wie Ladelufttemperatur können schon gut 200°C erreicht werden. Das mit dem Multiplexer ist ne gute Idee! Wie läuft dass denn genau ab? Auch wegen dem Kalibrieren und so... Gruß Jan
Noch ein paar Fragen: Wie willst du die PT1000 ausmessen? ratiometrisch oder mit Konstantstrom? Wie schirmst du das Kabel zum Sensor ab? Um welche Entfernungen geht es hier? Wie sicherst du die Eingänge gegen Störungen ab? Befestigungslöcher der Platine?
Also die PT1000 würde ich gerne ratiometrisch ausmessen, mit Vierleitertechnik....gabs von AD mal ne Appnote dazu! Entfernung sind ca 1.5m, naja da wollte ich ein geschirmtes Kabel nehmen mit vier Adern drin... Das mit den Löchern in der Platine versteh ich nicht...kannst du das bitte genauer erläutern? Gruß Jan
Jan schrieb: > Also die PT1000 würde ich gerne ratiometrisch ausmessen, mit > Vierleitertechnik....gabs von AD mal ne Appnote dazu! Kannst du mal deinen Schaltplan posten?
Jan schrieb: > Das mit den Löchern in der Platine versteh ich nicht...kannst du das > bitte genauer erläutern? Stichwort: Befestigung.
So habe den Schaltplan mal angehägt. Ging aber leider nur als PDF, weil das A3 Format ist und man bei nem Screenshot nichts mehr erkennt :-o Gruß Jan
Ach ja zur Erklärung noch: Iout1 geht Richtung PT1000 und I_IN_1 kommt vom Platinsensor...
Ich würde sagen Floh hat recht, vergiss das mit den 16bit. 10 oder 12 Bit eines Mikorcontrollers reichen dicke aus. Bei 12 Bit bekommst du ja deine 0.2°C Auflösung für die Ladelufttemperatur, mal unabhängig davon ob eine solche Auflösung wirklich notwendig ist. Im KFz ist die Signalaufbereitung, Filterung, Entsörung, etc. wesentlich wichtiger als eine extrem hohe Auflösung der A/D Wandler. Achso und zu deiner Frage 4-Lagen oder 2-Lagen: 2 Lagen reichen dicke, wenn du dein Layout einigermaßen EMV gerecht gestaltest. Ein 4 (oder mehr) Lagen Layer hilft dir auch nicht per se weiter, wenn du keine Ahnung vom Layouten hast ;-) Davon abgesehen daß 4 Lagen auch 4 fach kosten ;-)
Ja Peter ich geb dir definitiv Recht, grad das Auto ist ne sehr "schmutzige" Umgebung für empfindliche Analog-Sachen. Und wird wohl in Zukunft wegen der zunehmenden Vernetzung und Datenraten auf den Bus-Systemen immer schlimmer werden :-o Die AD-Bausteine fand ich eben sehr interessant, weil sie eine Konstantstromquelle eingebaut haben und durch die Beschaltung des externen REFIN eine ratiometrische Messung sehr einfach ermöglichen und die nötigen OPV's bereits integriert haben..und das alles bereits abgeglichen und mit einem relativ guten TK. Das waren die Hauptgründe für die Entscheidung diese Bausteine einzusetzen und nicht unbedingt die 16/24 Bit Auflösung! Aber da diese hohe Auflösung nunmal gleich "mitgeliefert" wird, möchte ich natürlich auch das Layout nicht unnötig schlecht machen... Bin übrigens gerade fertig geworden und das war echt eine elendige Arbeit das alles zu routen und unterzubringen :-( Nochmal zur Erinnerung: Links kommen und gehen die digitalen Signale vom µC und rechts kommen und gehen die Anschlüsse zu den 8 Sensoren. Spannungsversorgung und Clock/Datensignale befinden sich auf dem roten TOP-Layer und alles analoge (incl den Wanderln selbst) unten auf der blauen BOTTOM Seite... Gruß Jan
da hats ja noch nicht mal zum abzeichnen aus dem datenblatt für die 2951 gereicht...
2951?? Im Datenblatt findet sich überhaupt kein Schaltplan, lediglich Hinweise zur richtigen Layouterstellung. Es ist halt mein erstes Layout mit gemischten Analog- und Digitalsignalen und ich wäre dankbar für Kritik jeglicher Art, egal ob positiv oder negativ..nur bitte aussagekräftig und mit einigen Erläuterungen :-o Gruß Jan
Ich finde die Verwendung von Delta-Sigma Wandlern durchaus angemessen. Im Gegensatz zu SAR-Wandlern bekommt man durch das Wandlerprinzip eine einstellbare, brauchbare Tiefpasscharakteristik. Der Aufwand an externer Filterung ist deutlich kleiner. Bei einem SAR muss extern gefiltert werden. Die eigentlich unnötig hohe Auflösung erlaubt eine simple Signalaufbereitung. Für einen 12 bit Wandler wird bei der geforderten Auflösung eine nahezu fehlerfreie Signalkonditionierung auf den Aussteuerbereich des ADC benötigt. Die ist aufwändig und teuer, ansonsten verlieren sich die untersten Bits in Drift und Rauschen. Bei einem Delta-Sigma kann ich eine Schaltung realisieren, die auf die Genauigkeit genau eines Widerstands zurückgeführt werden kann. Fange ich erst mal an, das Signal irgendwie extern verstärken, abschwächen oder mit einem Offset versehen zu wollen, habe ich ein vielfaches an Ungenauigkeits- und Driftquellen.
einen kleinen Hinweis hab ich für dich: Frag lieber erstmal bei deiner Zuständigen TÜV / DEKRA ... Niederlassung was die davon halten. Ich meine mich erinnern zu können, daß ab einem gewissen Baujahr Selbstbauelektronik nicht mehr zulässig ist. Inwieweit das für geräte zutrifft, deren einziger Eingriff ins Bordnetz die Spannungsversorgung darstellt kann ich allerdings nicht sagen. Aber um dann nicht beim nächsten Tüv Termin eine böse Überraschung zu erleben ist es sicher besser sich vorher mit der entsprechenden Stelle in Verbindung zu setzen.
@ Christian: Danke für den Hinweis, ist bereits abgeklärt...da es eh ein Komplettumbau wird, ist die Elektrik das geringste "Problem". Ausreichende Bremsleistung, geänderte Fahrwerkskomponenten und Co sind da für den Herrn Prüf-Ing interessanter ;-) Aber klar, geb dir Recht, dass man nicht komplett bedenkenlos in der Fahrzeugelektrik rumpfuschen sollte / darf. Schon beim Verlegen eines "normalen" Stromkabels muss ein gewisser Maximalabstand zur ersten Sicherung eingehalten werden etc... @Florian: In genau die selbe Richtung gingen auch meine Überlegungen. Ich wollte potentielle Fehlerquellen so gut es ging vermeiden und jeder zusätzliche OPV o.ä. bringt ja wieder einen Offsetfehler und Temperaturabhängigkeit mit...klar, die hab ich beim AD7793 auch, aber der ist eben von Haus aus schon recht gut dafür getrimmt und zudem befinden sich da alle Komponenten in einem Gehäuse, sind also im Regelfall der selben Temperatur ausgesetzt. Dies ist bei mehreren OPVs, welche örtlich getrennt auf der Platine sitzen nicht unbedingt der Fall... Ich werde das Layout die Tage mal ätzen und bestücken, wenn keiner mehr grundlegende Fehler, bzw No-Go's darin sieht?? Gruß Jan
Schon mal an digitale temperatursensoren gedacht (ds18x20)?
Die meisten Bauelemente sind doch stellenweise nur über Dünne stege an der Massefläche angebunden. - Was meinst du warum das Wort "Antenne" in den Raum geworfen wurde? Wie dir schon andere geraten haben, würde ich lieber einen ADC und einen Multiplexer benutzen. Die ganze Baugruppe wird billiger und die Signalintegrität steigt da du weniger Platzbedarf hast. Zum Multiplexen benutzt du dann zwei 8xFach Multiplexer welche du gleichzeitig ansteuerst und schaltest damit deine Differenziellen Eingänge um. Das Signal bereitest du mit einen Differenzverstärker auf. Über die Offsetfehler musst du dich nicht fürchten da du diesen ganz einfach per Software wieder wegrechnen kannst und die Temperaturdrifts wirst du die auch keine Sorgen machen müssen, ansonsten bezweifel ich das du die zusätzlich entstandenden Temperaturdrifts nachweisen kannst.
Mhh ja das ist ein Argument....je länger ich über die Sache mit dem Multiplexen nachdenke, desto besser gefällt sie mir eigentlich. Nur bräuchte ich dann keine 16 Kanäle sondern insgesamt 24, da ich dann die Stromquelle auch mit umschalten kann... Danke für den Hinweis, werd ich umsetzen. Gruß Jan
So ich habe jetzt euren Tip mit dem Multiplexer umgesetzt und muss sagen: Schon allein vom Routen her ein Unterschied wie Tag und Nacht!! Vielen Dank nochmal für den Hinweis. Im Anhang seht ihr das jetzige Ergebnis....kann man das so lassen? Gruß Jan
Push Würde mich über nen kurzen professionellen Blick übers Layout freuen. Danke Gruß Jan
Weshalb sind die Beiden GND Lagen nicht verbunden ? Mach da mal einen Satz von 20 oder 40 Vias rein.
Ich wollte die Masseflächen über die beiden Bohrungen des Sub-D Connectors miteinander verbinden. Gedanke dahinter war, die beiden Massen erst wo "weit" von den Bausteinen weg wie möglich zu platzieren, dass der Strom von der "digitalen" Baugruppe (TOP) nicht durch den analogen GND zum Sub-D Stecker fließen kann oder umgekehrt. Gruß Jan
Jan schrieb: > Push Würde mich über nen kurzen professionellen Blick übers Layout > freuen. > Danke > > > Gruß Jan Nur ein paar Tipps... Serienwiderstände in die digitalen Leitungen des AD7793 (CLK, SCK, DI, DOUT) und/oder während der Messung keine Datenübertragungen über das SPI Differential mode Filter? http://www.analog.com/static/imported-files/tutorials/MT-070.pdf IOUT2 wird u.U. kurzgeschlossen (Tabelle 18 im Datenblatt) Eingangsspannungen? Der Wert, den der ADC liefert ist C = 2^24 AIN Gain / Vref (unipolar) AIN = Iout * PT1000, Vref = Iout * 2.2 kOhm d.h. bei < ~311 °C ist bei Verstärkung 1 Schluss, bei Verstärkung 2 bei < ~26 °C
Hallo Arc, danke für dein Feedback! Die App-Note mit den Filtern werde ich in meinem Layout noch umsetzen. Zu den restlichen Punkten hätte ich noch ein paar Rückfragen: - Wie groß sollte ich die Serienwiderstände wählen? 50 Ohm? 100 Ohm und sind sie bei meiner Anwendung wirklich notwendig/sinnvoll? - IOUT2 am besten auftrennen und NICHT auf Masse legen, sondern auf isolierten Pin? - Die Verstärkung wollte ich bei 1 lassen und Temperaturen bis max. 200°C messen....da müsste meine Auslegung mit dem 2k2 Widerstand ok sein, oder? -Passt die Leitungsführung des Layouts oder kann man da noch was verbessern? Also außer auf 4 Lagen zu gehen. Gruß Jan
Jan schrieb: > Hallo Arc, > > danke für dein Feedback! > Die App-Note mit den Filtern werde ich in meinem Layout noch umsetzen. > Zu den restlichen Punkten hätte ich noch ein paar Rückfragen: > - Wie groß sollte ich die Serienwiderstände wählen? 50 Ohm? 100 Ohm und > sind sie bei meiner Anwendung wirklich notwendig/sinnvoll? Kommt drauf an http://www.mikrocontroller.net/articles/Wellenwiderstand > > - IOUT2 am besten auftrennen und NICHT auf Masse legen, sondern auf > isolierten Pin? Ja > - Die Verstärkung wollte ich bei 1 lassen und Temperaturen bis max. > 200°C messen....da müsste meine Auslegung mit dem 2k2 Widerstand ok > sein, oder? 200 °C ~ 1000 Ohm + 200 °C * 3.85 Ohm/°C = 1770 Ohm, Wie hoch soll der Strom sein? > -Passt die Leitungsführung des Layouts oder kann man da noch was > verbessern? Also außer auf 4 Lagen zu gehen. > Weshalb sind die Beiden GND Lagen nicht verbunden ? Mach da mal einen > Satz von 20 oder 40 Vias rein.
Strom kommt ja von der Konstantstromquelle, 1mA also ein Spannungsabfall von 2,2V am Referenzwiderstand und 1,77V am PT1000? Den Artikel zum Wellenwiderstand habe ich mir schon durchgelesen, aber da ist mir die Serienterminierung etwas zu heikel...glaub ich werde darauf verzichten...
Jan schrieb: > Strom kommt ja von der Konstantstromquelle, 1mA also ein Spannungsabfall > von 2,2V am Referenzwiderstand und 1,77V am PT1000? 2.2 V + 1.77 V = 3.97 V Im Schaltplan sind lp2951 in der 3.0V Variante... 1 mA ist für einen PT1000 normalerweise zu hoch (Eigenerwärmung)
LP2951? Was wie wo? Naja der nächst kleinere Wert auf den ich die Konstantstromquelle stellen kann wären 210µA und das finde ich etwas mager. Daraus folgt ja eine viel kleinere Spannungsänderung pro °C ....und bei 1mA ist die Eigenerwärmung laut Datenblatt noch in einem akzeptablen Bereich... Gruß Jan
Ahh sorry jetzt, die Spannungsregler!! Ja da geb ich dir Recht. Hab die aber nur aus der Lib genommen weil das Pinning mit meinem 7805 in SO-8 Gehäuse identisch ist. Habe ich vergessen um zu editieren. Ob ich den Ad-Wandler mit 5V oder 3V versorge ist aber noch nicht ganz klar, da ich mich noch nicht entschieden habe ob der Hauptcontroller ein Atmega oder "ne Nummer größer" (Cortex M4) wird....Dann müsste ich natürlich den Strom / die Widerstände anpassen, das stimmt. Gruß Jan
Deine Masse ist in deinen Layout wieder Katasthropal angebunden. Da du auf der Unterseite deine Leiterkarte auf der Unterseitige mittig zugeparkt hat fließen alle Ströme um diesen Block herum. Auch wollte ich nochmal anmerken das die Massefläche an der Oberseite/Unterseite elektrisch nicht miteinander verbunden sind. 4-Flächen sind bei dieser Schaltung überflüssig ein gut durchdachtes 2lagiges Layout reicht völlig.
Könntest du mir bitte erläutern was genau daran "katastrophal" ist? Es ist nunmal sehr schwer insgesamt 24 Signale zur Stiftleiste zu führen, ohne dabei die Massefläche zu verringern. Aber jetzt mal der Reihe nach: Elektrische Verbindung zwischen Top und Bottom: Diese existiert natürlich und wird über den Sub-D Stecker sicher gestellt. Zum einen wird durch die "Befestigungslöcher" des Steckers durch kontaktiert und zum anderen habe ich dort 4 oder 5 Massepins, die auch allesamt durchkontaktiert sind. Die Idee war eben die Masse von Top und Bottom an nur einem Punkt zusammen zu führen, um definierte Stromwege zu haben: Alles "analoge" untenrum und digital oben. Top-Layer: Hier weis ich nicht was "katastrophal" ist. Spannungsregler und C's haben alle eine gute Masseanbindung oder nicht? Bottom: Ich habe den AD-Wandler als "kritisches" Bauteil (wegen SPI-Komminikation) extra weit vorne an den Masseanschlüssen des Sub-D Steckers "geparkt". Lediglich die Multiplexer sind EVTL etwas ungünstig an die Masse angebunden, was ich aber als unkritisch gesehen hab, da hierüber ja nur analoge Signale fließen und keine Takte? Soweit zu meinen Überlegungen...aber die scheinen ja kompletter Mist zu sein :-S WIE kann ich es nun denn besser machen? Stiftleiste komplett rechts und vll zweiteilen? Spannungsregler auf dem Top-Layer "nach unten" legen? Weis echt nicht mehr weiter...
Nur mal so als Hinweis: Analog- und Digitalteil zu trennen, ist ja eine gute Idee, das dann aber über Top und Bottom zu machen, ist ... naja, zumindest sehr ungewöhnlich. Denk dran, dass du damit nur ca. 1,5mm Trennsteg hast. Eine Links/Rechts- bzw. Oben/Unten-Trennung ist meines Erachtens nach sinnvoller als Top/Bottom. Die Massen nur an einem Punkt zusammenzuführen ist prinzipiell eine gute Idee, das sollte jedoch nicht irgendein Punkt sein, sondern einer, der sich als Sternpunkt anbietet. Das wäre dann wohl der Elko am Eingang. Vom Steckverbinder aus hast du wieder Rückströme, die quer über die ganze Platine gehen. Das bringt also nichts.
Das war doch mal ein aussagekräftiger Hinweis, vielen Dank Frank (hehe das reimt sich sogar ;-) ) Also in dem Fall ist die Aufteilung ja sowohl Top/Bottom als auch "oben/unten". Den Hinweis mit der sternförmigen Masse werde ich versuchen umzusetzen...
Kann leider nicht editieren, daher: Der Gedanke die Masseverbindung direkt am Sub-D zu machen war, dass dort ja die Masse direkt "eingespeist" wird...daher schien mir dieser Punkt am geeignetsten, da der Strom dann gleich über den Stecker zurück zur Quelle "abhauen" kann und nicht erst wie bei einer Anbindung am Elko dort "vermischt" wird und dieses Mischprodukt aus digital/analog-Strom noch evtl über die jeweils andere Layer-Seite erst bis zum Stecker fließen muss....ist das nachvollziehbar erklärt? :-o Gruß Jan
Eine möglichkeit hast du indem du bei den Datenleitungen mehr Lagenwechsel benutzt. Dadurch kannst du den Platz der benötigt verringern, und wenn man das gut macht trennt man die Massewege nicht mit einen Funktionsblock ab. Ich habe mal einen Ausschnitt aus einen Layout von mir angehangen um dich ein wenig inspirieren zu können. Wie man sehen kann sind auf der Top Fläche einige einzelene Masseinseln welche voneinander getrennt sind. Trotzdem bekommt jedes Pad was einen Kontakt zur Masse hat ein Via spendiert, wodurch eine gute Anbindung an der Botton Massefläche gewährleistet ist. Zwar befinden sich auf der Button Massefläche Leiterbahnen, diese sind aber so angeordnet das diese die Masseflache nicht Stückeln und somit bei den Rückströmen keine unnötigen Umwege erzwingen. In Grün habe ich zwei Stellen makiert bei denen ich nicht richtig aufgepasst habe und zwei Leiterbahnen auf der Rückseite so eng platziert habe das ich eine Engstelle erzeuge - Auf sowas muss man acht geben. In gelb habe ich mal den Stromversorgungspfad des Multiplexers angezeichnet und versuche mal zu erklären was ich als "Katastrophal" bezeichnet habe. Im Rückzweig fließt der Rückstrom über einen minimalen Zapfen, und sucht sich seinen Weg quer über die komplette Leiterkarte - Sowas vernichtet die Funktion der Massefläche vollständig. Man möchte ja eigentlich einen nieder Impendanten, kurzen Strompfad. Versuche mal dein Layout so zu analysieren - Vielleicht hilft es dir an einigen Stellen. Entschuldigung wenn mein Wortlaut vorhin ein wenig patzig war.
Hallo Nachtaktiver, kein Problem, war nicht zuuu patzig ;-) Vielen Dank für die ausführlichen Infos, die Skizzen in meinem Layout und das "Beispiellayout" von dir. Jetzt verstehe ich worauf du hinaus wolltest. Der Rückstormpfad vom Mux zum Spannugnsregler ist wirklich alles andere als ideal, das gebe ich zu! Von diesem Blickwinkel habe ich das noch garnicht betrachtet, da mir nicht bewusst war, dass der Strom der aus dem Spannungsregler heraus kommt auch ZUM Spannungsregler zurück MUSS. Sondern ich dachte, dass er direkt an der Masseanbindung der Versorgung (Sub-D) zurück zur Energiequelle des Gesamtsystems fließen kann..aber das war wohl ein Irrtum. Dann werde ich das Layout nochmal entsprechend deinen Hinweisen überarbeiten...danke! Gruß Jan
Jan schrieb: > Kann leider nicht editieren, daher: > > Der Gedanke die Masseverbindung direkt am Sub-D zu machen war, dass dort > ja die Masse direkt "eingespeist" wird...daher schien mir dieser Punkt > am geeignetsten, da der Strom dann gleich über den Stecker zurück zur > Quelle "abhauen" kann und nicht erst wie bei einer Anbindung am Elko > dort "vermischt" wird und dieses Mischprodukt aus digital/analog-Strom > noch evtl über die jeweils andere Layer-Seite erst bis zum Stecker > fließen muss....ist das nachvollziehbar erklärt? :-o > > > Gruß Jan Hallo Jan, Strom ist immer ein geschlossenes Band. Wenn du an eine Knotenanalyse denkst, dann ist immer die Summe eingehender Ströme im Knoten gleich der Summe abgehender Ströme. Das gilt auf der Leiterplatte genauso. Deswegen muss du, wenn du aus einem Schaltregler (vielmehr aus seinem Ausgangskondensator) speist, auch immer einen Rückstrompfad zum Kondensator und zum Schaltregler zurücklegen. Die Schleife, die du damit bildest, muss klein sein, weil sonst Störungen leicht ein- bzw. auskoppeln können. In der Realität "möchte" Strom immer auf dem gleich Weg zurückfliessen, auf dem "er" kam. Daher macht es Sinn, den Rückstrompfad nah an der Zuleitung zu führen.
Bitte melde dich an um einen Beitrag zu schreiben. Anmeldung ist kostenlos und dauert nur eine Minute.
Bestehender Account
Schon ein Account bei Google/GoogleMail? Keine Anmeldung erforderlich!
Mit Google-Account einloggen
Mit Google-Account einloggen
Noch kein Account? Hier anmelden.