Guten Abend! Ich habe hier bereits einige Beiträge zu dem Thema Analoge/Digitale Masse und Masseflächen gelesen, bin mir jedoch immernoch unsicher, wie ich in meinem Fall verfahren soll... Auf einer 2-lagigen Platine möchte ich neben einer digitalen Beschaltung (in erster Linie µC an FTDI) und einem Lautsprecher-Verstärker (ca. 5W) einen sehr empfindlichen Verstärker für Elektret-Mikrofonkapseln mit SSM2167 als Herzstück betreiben. Leider lässt es sich nicht vermeiden, einige Leiterzüge auf dem Bottom-Layer zu verlegen, weswegen ich keine völlig durchgehende Massefläche realisieren kann. Laut Datenblatt des SSM2167 soll eine Sternpunkt-Masseanbindung erfolgen. Wie gehe ich hier am Besten mit der Masse um? Aus anderen Beiträgen ging mehr oder weniger hervor, dass ein Auftrennen des unteren Layers in DGND + AGND-Fläche nicht sinnvoll ist? Reicht eine soweit wie möglich ungeschlitzte Massefläche auf Bottom aus, wenn ich die Masse der Mic-Preamp Schaltung an nur einem Punkt mit dieser verbinde? Oder doch ein dicker Leiterzug bzw. eine seperate Fläche für AGND welche an der Stromversorgung des Boards mit DGND zusammen kommt? Vielen Dank für eure Hilfe!
Hallo Marvin. > Wie gehe ich hier am Besten mit der Masse um? Aus anderen Beiträgen ging > mehr oder weniger hervor, dass ein Auftrennen des unteren Layers in DGND > + AGND-Fläche nicht sinnvoll ist? Hängt am Detail. Wenn Du es, wie auch immer, realisieren kannst. dass Deine Masseleitungsführung niederohmig und induktivitätsarm genug ist, und gleichzeitig gewährleistet ist, das Hin- und Rück-Ströme dicht beieinander fliessen, kannst Du eine durchgehende Masse vorsehen. Bei Zweifeln daran eben halt zwei Massen, die nur an einem Punkt zusammenhängen, um zu erreichen, das der Müll von der Digitalseite die Analogseite so wenig wie möglicht beeinflusst. Natürlich können diese Massen auf unterschiedlichen Layern sen. Aber die Idee ist wiederum nicht so gut, wenn sich diese Masseflächen ÜBERDECKEN, weil dann eine unerwünschte gegenseitige kapazitive Verkopplung eintritt. Das kann Dir bei "alle Massen auf einer Lage" nicht passieren, weil sie dann zwangsläufig nebeneinanderliegen müssen und sich nicht überdecken. Aber es kommt eben auf das Überdecken an, ansonsten ist es egal, in welcher Lage die Massen liegen, solange nicht noch andere, hier nicht genannte Gründe hineinspielen (Isolation, gleichmäßige Verteilung, weitere Flächen und deren kapazitiven Verkopplungen...) Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
Bernd Wiebus schrieb: > Aber es kommt eben auf das Überdecken an, ansonsten ist es egal, in > welcher Lage die Massen liegen Hallo Bernd! Vielen Dank für deine Antwort. Also müsste ich bei der Anwendung von einem kleinen AGND-Polygon auf Bottom auch den Top-Layer gleichermaßen (und natürlich nach sauberen Verbinden aller Punkte mit der AGND Plane über Vias) mit einem AGND-Polygon füllen? Oder gar ganz auf eine Füllung des Top-Layers in diesem Bereich verzichten? Spielt es eine große Rolle, dass die AGND-Plane L-förmig inmitten der DGND-Plane liegen würde? Und wieviel Abstand sollte zwischen den GND-Planes bleiben - oder ist dies egal? Danke und viele Grüße! Marvin
Hallo Marvin. > Also müsste ich bei der Anwendung von einem kleinen AGND-Polygon auf > Bottom auch den Top-Layer gleichermaßen (und natürlich nach sauberen > Verbinden aller Punkte mit der AGND Plane über Vias) mit einem > AGND-Polygon füllen? Oder gar ganz auf eine Füllung des Top-Layers in > diesem Bereich verzichten? Nein. Das ist schon OK. Wichtig ist, das sich halt AGND und DGND nicht überdecken und mit der Platine als Dielektrikum einen Plattenkondensator aufmachen. Du kannst TOP aber an der Stelle auch mit einer Fläche "AnalogVersorgung" füllen. Dann hast Du einen verteilten schnellen kondensator zwischen Deiner Analog Versorgung und AGND. Kann, je nach Situation, auch wichtig sein. > Spielt es eine große Rolle, dass die AGND-Plane L-förmig inmitten der > DGND-Plane liegen würde? Und wieviel Abstand sollte zwischen den > GND-Planes bleiben - oder ist dies egal? Es ist sinnvoll, solche Struckturen zu konzentrieren und nicht auseinanderzuziehen, wie es die L-Strucktur andeutet. Auf der anderen Seite gibt es vermutlich gute (andere) Gründe dafür, das so in L-Form anzuordnen. Ob das für die Entkopplung langt, weiss ich nicht. Das kannst Du nur probieren. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
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Hallo nochmal! So, das wäre jetzt meine Idee dazu (siehe Bild): Eine AGND-Fläche für die 2 Verstärker welche direkt mit dem Netzteil verbunden ist, restliche Fläche DGND. (Es fehlen noch ein paar Vias zu DGND) Die Platine soll mit einem Singleboard-Computer verbunden werden (oben USB, links Audio In/Out), wobei DGND derzeit nur an der USB-Anbindung hängt. Der Singleboard-Computer wiederum wird über das gleiche Netzteil versorgt -> Netzteil ist die Verbindung von AGND und DGND. Macht das soweit Sinn? Was mache ich am besten mit den GND-Pins des Audio-Steckers...frei lassen, oder auch an DGND? An die Platine soll eine Elektret-Mikrokapsel über ein geschirmtes Kabel angeschlossen werden. Verbinde ich den Schirm des Kabels mit AGND? Fragen über Fragen...Vielen Dank für die Mühe! Grüße Marvin
Hallo Marvin Hohlfeld. Das Bild sieh so eigentlich erstmal nicht schlecht aus. Unschön ist nur, das der Elko DGND übereckt. > Eine AGND-Fläche für > die 2 Verstärker welche direkt mit dem Netzteil verbunden ist, ~~~ > wobei DGND derzeit nur an der USB-Anbindung > hängt. ~~~ > Der Singleboard-Computer wiederum wird über das gleiche Netzteil > versorgt -> Netzteil ist die Verbindung von AGND und DGND. > Macht das soweit Sinn? Was mache ich am besten mit den GND-Pins des > Audio-Steckers...frei lassen, oder auch an DGND? Nein, eigentlich an AGND. Aber siehe weiter unten "Brummschleife", dort ist ein Problem. > > An die Platine soll eine Elektret-Mikrokapsel über ein geschirmtes Kabel > angeschlossen werden. Verbinde ich den Schirm des Kabels mit AGND? Ja. > > Fragen über Fragen...Vielen Dank für die Mühe! Du weisst, was eine "Brummschleife" ist? http://de.wikipedia.org/wiki/Brummschleife Die Idee, dass Analog- und Digital-GND nur am Netzteil zusammenhängen, ist schon einmal gut. Aber wenn Du jetzt eine zusätzliche Verbindung zwischen AGND und DGND schaffst (und eigentlich müsstest Du dass, wenn Du Dein Analogsignal irgendwie gewandelt auf die Digitalseite und vice versa bekommen willst, aber ich weiss nicht, was Du genau mit den Signalen machst) tritt genau dieses Problem auf. Nicht nur mit Netzbrummen, sondern auch mit deinem Müll von der Digitalseite. Du müsstest also potentialfrei überkoppeln, oder aber strikt dafür sorgen, dass die Digitalen Ströme ihre eigene Masseverbindung verwenden, und die Analogen entsprechend ihre. Potentialfreihe Kopplung wird entweder mit Übertragern oder Optokopplern gemacht. Ein niederfrequentes Netz Brummen liesse sich in der Audiotechnik ev. auch mit einem Kondensator wegsperren, der dann die Audiosignale noch durchlässt. Aber Dein Digitalmüll hat auch höherfrequente Anteile, die Du mit dem Kondensator nicht erwischst. Ein anderer Weg wäre, wenn Du z.B. digital Parameter auf der Analogseite schaltest, die Pegel klein zu machen bzw. mit verrundeten Flanken zu arbeiten. Wenn Du dafür fertige ICs verwendest, z.B. zur AD-Wandlung, ist das intern oft schon so gemacht. Wieder ein anderer Weg wäre es, auf der analogen Seite mit hohen Pegeln und niederohmigen Quellen/Senken zu arbeiten. Damit überbrüllst Du den Müll bzw. schliesst die relativ hochomigen Verkopplungen kurz. Darum könnte es in der Tat besser sein, wenn Du die Masseverbindung auf dem Audiostecker nicht herstellst......aber ideal ist das nicht. Dein Konzept mit dem "nur am Netzteil" zusammenhängen klappt so ohne weiteres nicht, weil Du eben u.U. noch Querverbindungen zwichen analog und digital brauchst. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
Bernd Wiebus schrieb: Aber wenn Du jetzt eine zusätzliche Verbindung > zwischen AGND und DGND schaffst (und eigentlich müsstest Du dass, wenn > Du Dein Analogsignal irgendwie gewandelt auf die Digitalseite und vice > versa bekommen willst, aber ich weiss nicht, was Du genau mit den > Signalen machst) tritt genau dieses Problem auf. Hallo Bernd, danke für deine ausführliche Antwort! Das ganze ist im Grunde nur eine Erweiterungsplatine des Singleboard-Computers, welche das Line-Out Signal der Soundkarte für einen Lautsprecher und das Signal einer Elektret-Kapsel für den Line-In der Soundkarte verstärkt. (Und die Kapsel versorgt) Erste Tests haben gezeigt, dass dem Audio-Out Verstärker der Müll auf DGND relativ egal ist (hier sind die Pegel scheinbar auch eingangsseitig schon hoch genug) und ein sauberer Ton hinten raus kommt. Dennoch habe ich in der aktuellen Version auch diesen Teil zur Sicherheit mit AGND verbunden. Nur der Mic-Verstärker fängt sich ein ekliges Pfeifen ein - außer er befindet sich auf einer seperaten Platine und ist nur über Drähte mit 5V von USB und GND vom Audio-Stecker verbunden - dann funktioniert er Wunderbar und völlig störungsfrei -> Sternpunkt also in diesem Fall GND des Audio-Steckers. GND vom Audio-Stecker des Singleboard-Computers geht 1:1 auch auf alle anderen GND-Pins des SBC durch, der SBC bekommt nur einen 4pol ATX-Stecker zur Versorgung (also auch hier gleiches GND vom Netzteil wie ich für meine AGND-Fläche nehme -> der Sternpunkt) Vermutlich sind die Massen für Digital und Analog auf dem SBC nicht weiter getrennt, sondern nur eine Masse auf einem durchgehenden Layer. Daher müsste ich doch eigentlich keine Probleme bekommen, wenn ich die GND-Pins des Audiosteckers unbeschalten lasse? (Um keine Brummschleife zu bekommen...) Oder wäre es deiner Meinung nach eventuell besser, die AGND Fläche nur für den Mic-Verstärker zu verwenden und direkt (und einig und allein) an das GND des Audio-Steckers vom SBC zu hängen? Danke und viele Grüße Marvin PS: Das mit dem Elko behebe ich gleich noch...danke für den Hinweis!
Hallo Marvin Hohlfeld. > danke für deine ausführliche Antwort! Das ganze ist im Grunde nur eine > Erweiterungsplatine des Singleboard-Computers, welche das Line-Out > Signal der Soundkarte für einen Lautsprecher und das Signal einer > Elektret-Kapsel für den Line-In der Soundkarte verstärkt. (Und die > Kapsel versorgt) Und wofür hast Du den digitalen Teil? Der hat also nichts mit dem Audio zu tun? Das würde das ganze vereinfachen, weil Du keine Querverbindung brauchst. ;O) > > Erste Tests haben gezeigt, dass dem Audio-Out Verstärker der Müll auf > DGND relativ egal ist (hier sind die Pegel scheinbar auch eingangsseitig > schon hoch genug) und ein sauberer Ton hinten raus kommt. Dennoch habe > ich in der aktuellen Version auch diesen Teil zur Sicherheit mit AGND > verbunden. Gut. > > Nur der Mic-Verstärker fängt sich ein ekliges Pfeifen ein - außer er > befindet sich auf einer seperaten Platine und ist nur über Drähte mit 5V > von USB und GND vom Audio-Stecker verbunden - dann funktioniert er > Wunderbar und völlig störungsfrei -> Sternpunkt also in diesem Fall GND > des Audio-Steckers. Gut. > > GND vom Audio-Stecker des Singleboard-Computers geht 1:1 auch auf alle > anderen GND-Pins des SBC durch, der SBC bekommt nur einen 4pol > ATX-Stecker zur Versorgung (also auch hier gleiches GND vom Netzteil wie > ich für meine AGND-Fläche nehme -> der Sternpunkt) > > Vermutlich sind die Massen für Digital und Analog auf dem SBC nicht > weiter getrennt, sondern nur eine Masse auf einem durchgehenden Layer. > Ich denke es pfeift, wenn Dein Mic-Verstärker die DGND Masse bekommt? Zumindest beschriebest Du das oben so, wenn ich Dich richtig verstanden habe. Gleichstrommäßig kannst Du das nach aussen hin aber nicht feststellen, weil ja alles Durchgang hat. Das der Mic Verstärker pfeift, wenn Du ihn an DGND hängst, ist ein Zeichen, das sie Signalmäßig aber anders sind. > Daher müsste ich doch eigentlich keine Probleme bekommen, wenn ich die > GND-Pins des Audiosteckers unbeschalten lasse? (Um keine Brummschleife > zu bekommen...) > Oder wäre es deiner Meinung nach eventuell besser, die AGND Fläche nur > für den Mic-Verstärker zu verwenden und direkt (und einig und allein) an > das GND des Audio-Steckers vom SBC zu hängen? Du sitzt vor dem Objekt. Probiere es halt aus. Dein SBC ist in dem Falle auch eine "Unbekannte". Du weisst nicht, wie dessen Massekonzept genau aussieht. Jedenfalls ist 5V direkt vom Netzteil, aber Masse über den Umweg SBC nicht so der Hit (Wenn ich Deine Ausführung oben so richtig interpretiert habe) Du spannst damit eine riesige Leiterschleife auf. Auch wenn das in Deiner jetzigen Situation vieleicht am Störungsärmsten ist...wenn Du das Teil anderswo hinstellst, könnte der Ärger losgehen. Also am besten 5V von USB, und GND von Audio....wie Du beschriebst. > PS: Das mit dem Elko behebe ich gleich noch...danke für den Hinweis! Bitte. Don't panic. ;O) Aber das ist marginal. Vermutlich weniger als ein pF die das ausmacht. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.deH PS: > 4pol ATX-Stecker zur Versorgung Meinst Du damit so einen 4pol Mini-Universal-mate-N-Lock Stecker? So wie: http://www.steckerladen.de/index.html?d_0_0172167_1_Mini_Universal_MATE_N_LOK_Steckgehause_4_polig3139.htm
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Hallo Bernd! Ja, genau so ein Stecker meine ich. Den aktuellen Stand habe ich nochmal als Bild angehangen. Der Digitale Teil hat in der Tat nichts bis wenig (der Ausgangsverstärker wird angesteuert -> Mute/Standby) mit dem analogen Teil zutun. Anschlüsse sind wie folgt: 1x 12V vom NT an meiner Platine -> AGND + 12V für Verstärker 1x 12V vom NT an den SBC 1x USB vom SBC -> 5V + DGND 1x Audio In/Out vom SBC Also haben 5V und DGND schon den selben Weg, genau wie 12V und AGND. Der alte Prototyp der Platine verursacht dieses Pfeifen, weil hier alles an einer Massefläche hängt. Hier höre ich z.B. mein PWM-Signal, was einen beleuchteten Taster treibt. Jetzt soll ein neuer Prototyp mit verbessertem Massekonzept her! :-) Das mit der Masse vom Audio-Stecker teste ich dann einfach am neuen Prototypen, sobald dieser gefertigt ist. Hier mache ich jetzt eventuell erstmal Lötbrücken nach AGND und DGND zum besseren testen... Folgende Punkte sind jedoch noch unklar: - Schirm der Leitung zur Elektret-Kapsel direkt an AGND? Oder habe ich dann eine Antenne die mir Störungen einsammelt und AGND verseucht? - Kann ich die GND-Polygone auf dem Top-Layer weglassen, jetzt wo ich alles direkt über Vias verbunden habe? Ich habe das Bedenken, dass ich dadurch wieder Schleifen konstruieren könnte. Hätte eine Füllung des Top-Layers überhaupt jetzt noch irgendwelche Vor-/Nachteile, oder ist das nurnoch Kosmetik? - Ist das Gesamtlayout so vertretbar? ;-) Oder gibt es noch Punkte, die zu überarbeiten sind? Vielen Dank für die Hilfe! Beste Grüße Marvin
Hallo Marvin Hohlfeld. > > Also haben 5V und DGND schon den selben Weg, genau wie 12V und AGND. > Ah, ok. > - Schirm der Leitung zur Elektret-Kapsel direkt an AGND? Ja. Vorausgesetzt, der Schirm ist nicht an der Kapsel schon mit AGND verbunden. > Oder habe ich > dann eine Antenne die mir Störungen einsammelt und AGND verseucht?. Eher nicht. Der Schirm soll Die Mic- und AGND-Leitung schirmen. Es könnte Ärger geben, wenn der Schtirm beidseitig aufgelegt ist (wieder die Brummschleife). Schirme sind nur einseitig aufzulegen. Ausnahme: Koaxialleitungen, wo er gleichzeitig Rückleiter ist. > > - Kann ich die GND-Polygone auf dem Top-Layer weglassen, jetzt wo ich > alles direkt über Vias verbunden habe? Ich habe das Bedenken, dass ich > dadurch wieder Schleifen konstruieren könnte. Hätte eine Füllung des > Top-Layers überhaupt jetzt noch irgendwelche Vor-/Nachteile, oder ist > das nurnoch Kosmetik? Das hängt von der Situation ab. Grundsätzlich müssen natürlich AGND Flächen an Ober- und Unterseite öfters durch Vias verbunden werden (Stitching). Diese intensive räumliche Verknüpfung, das macht insgesammt die Masse niederohmiger und induktivitätsärmer, es sei, Du konstruiert expliziete Koppelschleifen. ;O) Aber das musst Du selber vor Ort erkennen. Grundsätzlich ist eine Schleife eigentlich nichts schlechtes, weil sie nach der Lenzschen Regel das sie durchsetztende Feld schwächt. Aber der fliessende Ausgleichsstrom kann natürlich auf Masseleitungen zu Potentialverschiebungen führen... > > - Ist das Gesamtlayout so vertretbar? ;-) Oder gibt es noch Punkte, die > zu überarbeiten sind? So als Kompromiss über alles, was Schaltungsentwicklung und Layout immer ist, und für nur mal kurz drüberschauen macht es einen guten Eindruck. Persönlich würde ich hier und da noch was verrücken, auf die Gefahr hin, beim Kompromiss eben auf der anderen Seite runterzufallen. D.h. aber, probieren und erst dann Ändern, wenn es Probleme gibt. Persönlich würde ich die Versorgungsleitungen, zumindest da, wo es ohne Aufwand machbar ist breiter machen, Platz ist ja eigentlich noch da. Ist aber vieleicht kein Muss. Du hast da so ein riesen PA IC....wenn das Leistung macht, fliessen auch Amperes. Wenn es nur überdimensioniert ist, um Aussteuerreserven zu haben, kein Problem....so lange Du nicht Dauerhaft so Aussteuerst. Du hast keine Sicherung auf der Platine vorgesehen? Ok, die würde im Netzteil bzw. auf dem SBC selber sinnvoller aufgehoben sein.....aber mit Sicherungen kann ich manchmal bei der Fehlersuche elgant einen Schaltungsteil "abhängen". Ok, ich sollte ja auch nicht für die Fehlersuche designen. ;O) Trozdem mal kurz drüber nachdenken. Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
Ab einer gewissen Komplexitaet lohn sich ein 4 Lagenaufbau. Ein 2 Lagen Europrint bekomm ich fuer 50 euro oder so. Ein 4 Lagen print bekomm ich fuer 100 Euro. Wie lange darf man fuer die 50 euro extra arbeiten ?
Hallo Morz Kerl. > Ab einer gewissen Komplexitaet lohn sich ein 4 Lagenaufbau. Ein 2 Lagen > Europrint bekomm ich fuer 50 euro oder so. Ein 4 Lagen print bekomm ich > fuer 100 Euro. Wie lange darf man fuer die 50 euro extra arbeiten ? Das ist war. Aber soooo komplex ist die Sache doch gar nicht. Der TE ist sich lediglich unsicher, und so übel sieht das nicht aus, was er bisher macht. Ausserdem würde ich bei Einzelstücken vorher anfangen, exessiv Brücken zu verlegen, um die Komplexität wegzukriegen und die Verkopplungen zu minimieren. ;O) Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic http://www.dl0dg.de
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