Analoge und Digitale Masse?!?

Da schaust du dir am besten die entsprechenden Design-Vorschriften bzw. 
Empfehlungen des Chip-Herstellers an. Den Autorouter kannst du hier im 
Regelfall vergessen.

Hallo miki,

vielen Dank für deine Antwort.
Maxim hat zu dem Thema AD Verwenung ein Appnote ins Netz gestellt - 
dabei wird dazu geraten. Ein Freund wiederum welcher mal bei Siemns 
Handies mitentwickelt hat meinte dass sei egal und es gäbe nur eine 
große Massefläche. Was stimmt nun?? lohnt sich der aufwand bereits bei 
12bit Auflösung??

Vielen Dank

Christian

Man sollte nicht vergessen, daß Handys nicht unbedingt nur auf einer 1 
oder 2-seitigen Platine basieren, sondern Mehrfachlayer haben - und 
außerdem dürfte die Analog-Anwendung bei Handys nicht ganz so haarig 
sein, wie bei Dir. Das ist ungefähr so, als ob Du einen Bus-Mechaniker 
fragst, ob die Sitzheizung in Deinem Auto sinnvoll ist ;-)
Außerdem sollte man die Störungseinflüsse durch digitale Komponenten 
nicht unterschätzen - da sind 2mV schnell erreicht.
Grundsätzlich wird die digitale Masse (und auch die 
Versorgungsspannung), sofern hochfrequente Signale (Prozessortakt, 
schnelle Umschaltung von Gattern) vorhanden sind, "versaut", d.h. man 
bekommt Potentialverschiebungen. Das würde sich in Deinem Fall darin 
bemerkbar machen, daß bei konstanter Spannung am Meßeingang das LSB 
(oder sogar mehrere) des A/D-Wandlers "flattern", also sich nicht so 
recht entscheiden können, ob sie nun 0 oder 1 sein möchten. Als 
Gegenmaßnahme ist eine Massefläche sicherlich nicht falsch, allerdings 
sollte man den analogen und den digitalen Teil der Schaltung 
weitestgehend voneinander trennen. Wenn es denn nun nicht geht, weil man 
nur eine Spannungsversorgung hat, sollte die analoge Masse ihren 
einzigen Berührungspunkt mit der digitalen Masse direkt am Eingang für 
die Spannungsquelle haben, ansonsten auf dem Rest der Platine strikt 
trennen. Genauso sieht es auch mit der Spannungsversorgung aus, die 
sollte genauso behandelt werden.
Wichtig sind auch die obligatorischen Stützkondensatoren an digitalen 
ICs, die möglichst nah an den Versorgungspins plaziert werden sollten 
(100nF ist ein Richtwert).
Allerdings ist dieses Thema (Beeinflussung / Störung von analogen 
Schaltungen durch digitale Komponenten) sehr umfangreich, und ich habe 
dieses Thema nur gestreift, weil ich selbst mal Probleme mit einer 
analogen Schaltung hatte. Das Platinendesign einer solchen Schaltung ist 
immens wichtig für eine spätere Funktion, dazu gehört auch die Frage, wo 
man eine Massefläche hinmacht, wo und wie sie mit dem Massepotential 
verbunden wird, wo man welche Leiterbahnen verlegen darf (gegenseitige 
Einstreuung), etc. Meine Ausführungen sind sicherlich nicht vollständig 
(wie auch, nach ner Flasche Wein g).
Falls Du weniger Aufwand betreiben möchtest, würde ich gleich den teuren 
12Bit-A/D-Wandler weglassen und einen 8-Bit Wandler nehmen, dann kannst 
Du getrost auf EMV-gerechtes Leiterplattendesign verzichten ;-), aber 
das ist wohl nicht in Deinem Sinne.
Ich würde Dir (und Deinem Freund) die Lektüre entsprechender Literatur 
("EMV-gerechtes Leiterplattendesign") empfehlen, bevor Du nach 5 
verschossenen Platinen immer noch nicht zum Ergebnis gekommen bist. 
Kannst aber auch Glück haben und es funktioniert sofort.
Weihnachtliche Grüße

Hallo!

Kannst Du ein Buch zu dem Thema "EMV-gerechtes Leiterplattendesign" 
empfehlen? Es geht mir dabei eher um praktische Tipps und nicht um 
endlose mathematische Orgien.

Gruß, Nils Jakob

Hallo thkaiser,

vielen Dank für deine ausführliche Antwort!!
Das mit den 8-bit AD Wandler liegt in der Tat nicht in meinem Sinne ;-) 
!!!
Ich habe mit dem thema bisher wenig zu tun gehabt weil ich damit noch 
keine richtigen Probleme hatte. Jetzt möchte ich aber eine recht 
aufwendige SMD Platine bauen und diese dann von einer Leiterplattenfirma 
ätzen lassen (q-print.de) - das heitß für mich dass ich gerne aus 
Kostengründen hätte das das Teil auf Anhieb funktioniert!! Aus dem Grund 
hab' ich Großteile der Platine schon auf Lochrasterkarten aufgebaut um 
sicer zu gehen dass der Schaltplan stimmt. Um Mal ein Gefühl für 
schwankende LSB's zu bekommen bau ich die A/D Wandler Schaltung jetzt 
doch auch mal auf einer Lochrasterkarte auf!!!
Bei meinem bisherhigen Leiterplattendesign hab' ich versuch die App note 
Tipps von maxim zu beherzigen (Leiterplatte in Analog und digital Teil 
trennen......) Ich hab' sogar für den Analog und digitalteil 
unterschiedliche Spannungsregler verwendet.Wenn ich Jetzt Masseflächen 
mache - welche Masse soll ich nehemn?? Analoge oder digitale??
Viele Grüße!!

Christian

@Nils:
Ich habe mir mal ne CD gekauft mit diesem Titel, war zwar nicht so 
ausführlich, wie ich hoffte, allerdings hat es gereicht, den sogenannten 
"AHA"-Effekt zu bringen (Beispiel: Warum sind auf den professionellen 
Platinen so viele 100nF-Kondensatoren??). Wenn ich jetzt die CD auch 
noch finden würde... muß in meinem Stapel mal suchen.

@Christian:
Prinzipiell sollte man die Schaltung "teilen", d.h. die Massefläche für 
den analogen Teil an die analoge Masse, die Massefläche für den 
digitalen Teil an die digitale Masse, sofern der Platz dies zuläßt. 
Leider bin ich kein absoluter Experte für so etwas - so würde ich es in 
diesem Fall machen. Wenn man die Design-Vorschläge des Herstellers 
beherzigt, kann (fast) nichts schief gehen.
Zwar ist gerade bei einem Aufbau mit Lochraster damit zu rechnen, daß 
störende Effekte auftreten, aber es wäre auch nicht das erste Mal, daß 
eine Schaltung "fliegend verdrahtet" bestens funktioniert und sauber auf 
einer Platine aufgebaut ums verrecken nicht funktionieren will... 
Deshalb sind solche Versuchsaufbauten mit Vorsicht zu genießen, gerade 
dann, wenn die spätere Leiterplatte in SMD aufgebaut werden soll. Da 
treten ganz andere Effekte auf, als bei normalen DILs. Schon wenn eine 
Leiterbahn ungünstig verlegt ist, kann es durch Einstreuung einer 
anderen zu ungewünschten Effekten kommen. Ich bewundere die 
Mother-Board-Hersteller...
Ich will jetzt keine Angst machen, es kann ja auch sein, daß Du keine 
Probleme haben wirst - aber wenn dann doch welche auftauchen, ist es um 
so ärgerlicher, eine teure Platine umsonst gemacht zu haben; mir ging es 
so und ich habe mich hinterher geärgert, denn nur ein paar kleine 
Design-Änderungen brachten den Erfolg.

Hallo thkaiser,

dank dir nochmals für deine interessantes Posting!!
ICh bau die Schaltung trotzdem mal schonmal auf. Das größte Problem 
könnte mir die onboard Funkanbindung machen nehme ich an. Hältst du es 
für sinnvoll einen 10mV Sender vielleicht doch auf eine externe 
LEiterplatte zu machen (immerhin hab' ich keine Leiterplattenantenne ;-)

mfg

Christian

Hi,
ich habe auch schon mit einem 12bit-Wandler von MAXIM gearbeitet. bei 
dem Teil habe ich grosse Masseflächen benutzt und keine Probleme gehabt. 
Aber wenn Du sicher gehen willst dann schalte zwischen analog und 
digital-Masse einen Ferrit (chip bead  100Ohm /100MHz) und 
Abblockkondensatoren in die Schaltung. Hier ist ein interressanter link 
zum Thema: 
http://www.wuerth-elektronik.de/deutsch/leistungsber/eisos/technologie/emv-design-in.html

Ich hoffe etwas geholfen zu haben.
Viele Grüsse
T. Müller
www.elcomportal.de
info@elcomportal.de

Hallo Christian,
das meiste ist schon dazu gesagt worden aber hier noch ein par Hinweise. 
Für die Stützkondensatoren ist ein niedriger ESR Wert sehr wichtig (z.B. 
Keramikkondensatoren und spezielle Elkos) sonst zeigt er keine Wirkung. 
Falls Du keine sehr hohen Abtastraten (>MHZ) benötigst ist ein serieller 
Wandler am leichtesten auf diese Bedingungen auszulegen. Allein schon 
wegen seiner geringen Ausdehnung auf der Platine. Außerdem fallen 
erheblich weniger störende Stromspitzen bei Pegeländerungen am 
Datenausgang an (es gibt ja nur eine Leitung). Eine kleine Musterplatine 
mit 4 Analogkanälen/12BIT und 400KHZ Abtastrate sowie gleichzeitig 4 
digitale Kanäle ist mit den Abmessungen von 35mm x 78mm mit EAGLE 3.0 
realisiert worden. Falls interesse besteht kann ich sie Dir gern 
schicken. Der Autoruter von EAGLE ist zu garnichts zu gebrauchen und die 
Plazierung der Bauelemente beim Start eine ausgesprochene Dummheit. Eine 
Plazierung nach min Länge der Verbindungen sollte eigentlich Standart 
sein, dann lägen die zusammengehörigen Bauteile wenigstens 
nebeneinander. Die Positionierung der Bauteile ist das Wichtigste aber 
ansonsten ist EAGLE ein gutes System.

MfG  Manfred Glahe