Hallo zusammen, ich beschäftige mich mit einem Audio-Setup, bei dem ein Bluetooth-Modul und ein FM-Tuner in den ADC-Eingang des Audio-Codecs vs1053 gespeist werden sollen. Dabei ist eine Umschaltung der Quelle über einen Analog-Switch-IC vorgesehen. Das Ausgangssignal vom vs1053 wird weiterhin in einen Klasse-D-Verstärker gespeist. Das Zusammenspiel der Komponenten auf einem gemeinsamen PCB ist in dem beigefügten Bild grob skizziert. Ich hoffe, das Bild ist soweit verständlich. Die tatsächlichen Komponenten sind aber wahrscheinlich gar nicht ausschlaggebend, denn meine Fragen sind eher prinzipieller Natur: 1.) Trennung der Digital- und Analogmasse, wie macht man es hier richtig? 2.) Koppelkondensatoren im Signalpfad, wo sind sie wirklich erforderlich? Und nun im Detail: Grundsätzlich ist mir der Zweck der Trennung der Analog- und Digitalmasse schon klar. Man möchte mit der separaten Führung der Analogmasse erreichen, dass hier keine (großen) Ströme fließen, die Störungen in das Analogsignal einstreuen. Nun ist es aber so, dass in den Datasheets des Bluetoothmoduls, des vs1053 und des Verstärkers jeweils angegeben ist, dass Analog- und Digitalmasse nur an einer Stelle des Boards (möglichst direkt unter dem jeweiligen Chip) verbunden werden sollen. Hätte ich eine gemeinsame Analogmasse für alle Audiokomponenten wäre die Frage, wo verbinde ich denn nun die beiden Massen? Bzw. verwende ich 3 Verbindungsstellen? Das führt mich direkt zur zweiten Frage: zwischen den Komponenten wird das Audiosignal kapazitiv gekoppelt übertragen. Damit ist doch eine gemeinsame Audiosignal-Referenzmasse für die ICs eigentlich gar nicht nötig!? Ich könnte also für jeden Chip – wie im Datenblatt vorgegeben – eine eigene AGND-Massefläche verwenden, die nur an einer Stelle mit der Hauptmassefläche verbunden ist (wie in der beigefügten Grafik dargestellt). Sehe ich das richtig? Die letzte Frage bezieht sich noch auf die Koppelkondensatoren im Detail. Sind die Koppel-Cs in meinem Fall VOR dem Analog-Switch überhaupt nötig? (Die Cs am Eingang des vs1053 sind auf jeden Fall im Layout vorgesehen). Eigentlich sollte der Switch ja quasi transparent für das Audiosignal sein, ein DC-Offset sollte dem Switch doch egal sein? Gruß & Dank, Daniel
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Daniel P. schrieb: > Sind die Koppel-Cs in meinem Fall VOR dem Analog-Switch überhaupt nötig? Vermutlich (ist ja nur ein Prinzipschaltbild) nicht. Beachte: Nach jedem Koppel-C ist wieder ein Widerstamd nach Masse (Bezugspotential) nötig. Man braucht nicht Ausgangs-C und Eingangs-C direkt hintereinander, das machen Geräte nur weil sie nicht wissen was angestöpselt wird. Analogmasse ist normalerweise das Bezugssignal der OpAmps, deren Versorgung ist aber V- und V+. Digital hat VCC und GND und dessen Bezugspegel ist irgendwas dazwischen. Also ist AGND gar nicht DGND, sondern DGND ist V- (aber mit anderer Spannung) Auf AGND fliessen kaum Ströme, auf DGND sehr heftige. Übrigens gehört zu jeder Hinleitung eine Rückleitung und die sollten parallel liegen. Auf Masseflächen fliesst der Strom auf dem kürzesten Weg es sei denn darüber geht EINE Leiterbahn mit den Hinstrom. Dann sammelt such der Rückstrom in dessen Nähe. Die dse faq verlinkt unter Layout einige Dokumente zur Masseführung.
Wozu brauchst du den VS1053. Sind die Audosignale vom Bluetooth-Modul und vom FM-Tuner nicht schon analog?
Danke für die Antworten! MaWin schrieb: > Beachte: Nach jedem > Koppel-C ist wieder ein Widerstamd nach Masse (Bezugspotential) nötig. Ähm... ganz dumm gefragt: warum das? Der interne ADC des ICs hat doch einen Eingangswiderstand, der das Eingangssignal auf den GND-Level des ICs bezieht, oder nicht? MaWin schrieb: > Auf AGND fliessen kaum Ströme, auf DGND sehr heftige. Übrigens gehört zu > jeder Hinleitung eine Rückleitung und die sollten parallel liegen. Auf > Masseflächen fliesst der Strom auf dem kürzesten Weg es sei denn darüber > geht EINE Leiterbahn mit den Hinstrom. Dann sammelt such der Rückstrom > in dessen Nähe. Okay, ja, das habe ich soweit verstanden und verwende auch ein ganzes Layer als Massefläche um den Stromfluss optimal zu gestalten. Ich wollte nur halt kleine analoge Masseflächen "ausklammern", die nur über eine einzelne Verbindung (z.B. direkt am AGND-Pin des ICs) mit der Groundplane verbunden sind. So kann ich gewährleisten, dass in dieser Analogmasseinsel kein "Digitalstrom" fließt und ich somit eine saubere Referenz für die Audiosignale habe. An diese Masse würde ich dann die nötigen Bauteile, die z.B. für die Sigma/Delta-Rekonstruktion am DAC-Ausgang des vs1053 nötig sind, anschließen. Was ich eben nicht ganz verstehe, in wieweit denn ein Bezugspotenzial nötig ist, wenn ich das Analogsignal zwischen zwei ICs kapazitiv gekoppelt übertrage. Ist es dann nicht eigentlich völlig egal, auf welches Potenzial sich der jeweilige Chip bezieht? MaWin schrieb: > Die dse faq verlinkt unter Layout einige Dokumente zur Masseführung. Danke, das fahre ich mir mal in Ruhe 'rein! asdf schrieb: > Wozu brauchst du den VS1053. Sind die Audosignale vom Bluetooth-Modul > und vom FM-Tuner nicht schon analog? Das ist schon richtig, aber ich verwende digitale Postprocessing-Funktionen des vs1053 und mache die Lautstärkeregelung darüber. Außerdem kann so eine Aufzeichnung des Analogeingangs auf SD-Karte erfolgen. Danke! Gruß Daniel
Daniel P. schrieb: > Ist es dann nicht eigentlich völlig egal, auf > welches Potenzial sich der jeweilige Chip bezieht? Der Kondensator gleicht nur Gleichspannungsmässig aus, aber nicht die Störungen. > Masselayer Wie gesagt, was ist Bezugspotential, wolang fliesst der Strom, welchen Spannungsabfall ergibt das, und so lange der nicht das Bezugspotential beeinflusst, ist er egal, es muss nur Hinleitung bei Rückleitung liegen.
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Grounding-Schema.png
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Hallo! MaWin schrieb: >> Masselayer > > Wie gesagt, was ist Bezugspotential, wolang fliesst der Strom, welchen > Spannungsabfall ergibt das, und so lange der nicht das Bezugspotential > beeinflusst, ist er egal, es muss nur Hinleitung bei Rückleitung liegen. Ich habe mir dazu auch intensiv die Ausführungen im dse faq (bzw. das Dokument von Analog: ftp://ftp.analog.com/pub/cftl/ADI%20Classics/Practical%20Design%20Techni ques%20for%20Sensor%20Signal%20Conditioning,%201999/Section_10_Hardware_ Design_Techniques.pdf ) angeschaut. Das Optimum wäre demnach wohl, jeweils ein separates Layer für DGND und AGND zu haben, verbunden durch einen Sternpunkt. Da ich mit 4 Layern arbeite, kann ich nur ein Masselayer verwenden. Ein Kompromiss wäre wohl, dieses Masselayer zu partitionieren. Alle Digital-ICs mit der DGND-Fläche verbinden, die Analog- und Mixed-Signal-ICs mit allen ihren GND-Pins mit der AGND-Fläche. Diese beiden Flächen getrennt führen und nur in einem Punkt verbinden. In der beigefügten Grafik ist mein aktuelles Boardlayout dargestellt. Ich denke, die Trennung von Digital- und Analog/Mixed-ICs ist dort bereits bestmöglich gelöst, die Platzierung der Bauteile ist allerding auch fix und kann nicht mehr variiert werden. Skizziert habe ich nun die zwei Masseflächen, die für mich nach Lesen des o.g. Dokuments als sinnvoll erscheinen. Alle Analog/Mixed-ICs beziehen sich nun auf ein und dieselbe Massefläche, allerdings müssen durch diese Massefläche auch sämtliche Versorgungsströme. Was ich bei dieser Lösung als problematisch ansehe ist, dass zwar die Versorgungsströme die kleinstmögliche Loop bilden, die Rückströme der schnellen digitalen Verbindungen (SPI, I²C) mit der CPU allerdings "den langen Weg" nehmen müssen. Also, was macht hier der Profi? Wird das Ground-Layer partitioniert oder wird eine einzige, möglichst einheitliche Groundplane für sämtliche Masseverbindungen verwendet? MaWin schrieb: > Beachte: Nach jedem > Koppel-C ist wieder ein Widerstamd nach Masse (Bezugspotential) nötig. @MaWin: kannst Du dazu bitte noch etwas schreiben? Diese Notwendigkeit ist mir wirklich nicht klar. Danke & Gruß Daniel
Daniel P. schrieb: > Wird das Ground-Layer partitioniert oder > wird eine einzige, möglichst einheitliche Groundplane für sämtliche > Masseverbindungen verwendet? Ich empfehle regelmäßig die Verwendung einer gemeinsamen gnd- Fläche; es gibt mittlerweile auch Hersteller von AD-DA- Wandlern, die das gleichermachen machen. Ich kenne auch durchaus Leiterplatten, bei denen dieses Verfahren positiv angewandt wurde. Wenn - sei es aus Vorsicht oder weltanschaulichen Gründen - die Masseflächen separiert werden, kann es in Verbindung mit dem Digitalteil zu heftigen Störabstrahlungen kommen. Abhilfe ist in diesem Fall die Verwendung eines Hybrid- grounds, d.h., für NF die Separierung mit einem Sternpunkt, für HF die Überbrückung der Trennkanäle an mehreren Stellen mit kleinen Kondensatoren ( ...1 nF), um eine ausreichend große HF- groundplane zu schaffen.
Bei diesem Setup sollte ein gemeinsames Ground keine groesseren Probleme bereiten, ist ja ohnehin alles auf dem gleichen Board. Schwieriger wird's wenn es verschiedene Boards mit verschiedenen Netzteilen gibt.
Da sagst Du was und das nicht nur bei HF :-(
Danke für Eure Tips! Dann werde ich es mit einer einzelnen, möglichst homogenen Massefläche probieren. Macht es denn dann Sinn, an den Spannungsversorgungspins der ICs Ferrite Beads (z.B. BLM-Typen von Murata) in Serie zu verwenden? Speziell beim FM-Tuner möchte ich sichergehen, dass sich keine Störungen im Bereich 100 MHz auf der Versorgungsspannung überlagern. Thomas H. schrieb: > Bei diesem Setup sollte ein gemeinsames Ground keine groesseren Probleme > bereiten, ist ja ohnehin alles auf dem gleichen Board. Schwieriger > wird's wenn es verschiedene Boards mit verschiedenen Netzteilen gibt. Das stimmt leider nur bedingt. Der Klasse-D Verstärker und ein 5V StepUp befinden sich auf einer separaten Platine und werden über einen Steckverbinder mit dem Mainboard verbunden. Gibt es da noch etwas zu beachten, wo Du die Problematik mit mehreren Platinen bereits ansprichst? Besten Dank! Gruß Daniel
Daniel P. schrieb: >> Beachte: Nach jedem >> Koppel-C ist wieder ein Widerstamd nach Masse (Bezugspotential) nötig. > > @MaWin: kannst Du dazu bitte noch etwas schreiben? Diese Notwendigkeit > ist mir wirklich nicht klar. Wenn ein Kondensator nur an einen hochohmigen Eingang geht, stellt sich an diesem Eingang kein Nullpegel ein. Manche ICs haben den Widerstand natürlich schon eingebaut.
MaWin schrieb: > Wenn ein Kondensator nur an einen hochohmigen Eingang geht, stellt sich > an diesem Eingang kein Nullpegel ein. Ah,...okay, das macht natürlich Sinn! Wahrscheinlich ist der Wert dieses Widerstands dann aber unkritisch, d.h. irgendwas im Bereich 10k - 100k sollte funktionieren?
> Ah,...okay, das macht natürlich Sinn! Wahrscheinlich ist der Wert dieses > Widerstands dann aber unkritisch, d.h. irgendwas im Bereich 10k - 100k > sollte funktionieren? Er bildet mit dem Kondensator einen Hochpass, bestimmt also die untere Grenzfrequenz.
MaWin schrieb: > Er bildet mit dem Kondensator einen Hochpass, bestimmt also die untere > Grenzfrequenz. Der Eingangswiderstand des ICs liegt dann aber parallel dazu? Denn der muss ja auch zur Berechnung der Grenzfrequenz herangezogen werden...
Für die GND-Verdrahtung gibt es keine optimale Lösung. Die IC-Hersteller tun immer so, als wäre ihr Chip der einzige auf der Platine und dann sollen AGND und DGND nur direkt unter dem Chip verbunden werden. Bei größeren Schaltungen muß man daher die Signalwege auftrennen, z.B. digital mit Optokopplern oder ADUM1401 oder analog mit Differenzverstärkern oder Trafos. Tut man das nicht, hört man z.B. bei Notebooks die Festplattenzugriffe oder Mausbewegungen mit im Kopfhörer. Oder der MP3-Player pfeift ständig. Ich habe an meinem PC auch erst einen guten Klang, seitdem ich ihn mit einem optischen Kabel an den Verstärker angeschlossen habe. Der Unterschied zum Analogausgang ist schon extrem.
> Der Eingangswiderstand des ICs liegt dann aber parallel dazu? Denn der > muss ja auch zur Berechnung der Grenzfrequenz herangezogen werden... Wenn der nicht hochohmig ist, muss er eingerechnet werden.
Peter Dannegger schrieb: > Tut man das nicht, hört man z.B. bei Notebooks die Festplattenzugriffe > oder Mausbewegungen mit im Kopfhörer. Oder der MP3-Player pfeift > ständig. Genau das ist meine Sorge bei dem aktuellen Design! Kritisch sind bei mir wohl besonders die Audiosignale, die auf der Platine zum größten Teil single-ended übertragen werden. Und der Antenneneingang des FM-Tuners, wobei ich diesen Schaltungsabschnitt an die Unterkante des PCB verschoben habe, damit die Antennenbeschaltung bestmöglich von digitalen Störquellen entfernt ist. MaWin schrieb: > Wenn der nicht hochohmig ist, muss er eingerechnet werden. Naja, 80kOhm beim vs1053 und 10kOhm beim Klasse-D-Verstärker. Also nicht wirklich hochohmig, meinem Gefühl nach :-) Macht es Sinn, Serienwiderstände in die SPI-Leitungen zwischen CPU und Audio-Codec einzubringen, um Störungen aus dem Digitalinterface zu minimieren oder ist das hier übertrieben?
Marc Oni schrieb: > Ich empfehle regelmäßig die Verwendung einer gemeinsamen gnd- Fläche; es > gibt mittlerweile auch Hersteller von AD-DA- Wandlern, die das > gleichermachen machen. Ich kenne auch durchaus Leiterplatten, bei denen > dieses Verfahren positiv angewandt wurde. Dazu habe ich noch ein schönes Dokument gefunden: http://www.x2y.com/filters/TechDay09kr_hpa_Track2_1_Precision_Analog_Designs_Demand_GoodPCBLayouts%20_JohnWu.pdf
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