Hallo zusammen,
bei einer Schaltung setze ich mehrere ADCs ein, die zusammen an einem
Spannungsverteiler hängen. Über diesen wird auch die Clock für die ADCs
verteilt. Wichtig ist, dass alle ADCs zeitgleich samplen, deshalb ist
eine (einzige) relativ lange Clock-Leitung nötig, welche relativ nah an
der Versorgungsspannung des ADC liegt.
Das Problem was nun auftritt ist in dem angehängten Bild zu sehen. Diese
zeigen die Versorgungsspannung (Kanal 2) und die Massezuleitung (Kanal
1) eines ADCs. Diese Störungen (vermutlich) führen zu Störungen des ADC
Ausgangssignals. Die letzten 2 Bits des 12 Bit ADCs sind nicht wirklich
brauchbar... Man sieht in dem Bild ganz gut, dass die Störungen
einigermaßen periodisch mit knapp 5 MHz sind. Dies entspricht der Clock
Frequenz.
Die Versorgungsspannung ist mit mehreren 10nF, 100nF und einem 22µF
Keramikkondensator versehen, leider scheint dies nicht auszureichen.
Bei einer neueren Version der Platine würde ich diese Störungen gerne
etwas verringern. Weitere Kondensatoren sind bereits eingebaut, um das
ganze aber noch besser zu filtern, habe ich mir Common Mode Filter /
Stromkompensierte Drosseln angesehen. Sind diese in diesem Fall
sinnvoll? Leider kenne ich mich mit diesen Filtern nicht wirklich aus,
weiß also nichts über die Dimensionierung.. Zusätzlich habe ich auch an
ein LC-Filter gedacht, das sollte doch auch etwas helfen oder? Macht es
Sinn dieses sowohl in die Versorgungsspannungsleitung als auch die
Masseleitung einzufügen? Entspricht das dann nicht diesen Common Mode
Filtern mit dahinter gesetztem Kondensator?
Danke für eure Hilfe :)
Markus
Markus schrieb:> Das Problem was nun auftritt ist in dem angehängten Bild zu sehen.
Kann am Layout liegen.
Du solltest das, nebst Schaltplan mal posten. Am besten auch ein Foto
der fertig bestückten Platine.
Im Anhang das Layout. Schaltplan würde ich leider nur ungern rausgeben,
weiß nicht ob das für mich erlaubt ist ;)
Ganz oben ist die Clock Leitung, welche dann an den Clock Eingang rechts
in der Mitte des Chips geführt wird.
Darunter die analoge Versorgungsspannung, darunter die analoge Masse.
Alle Signale werden über Stiftleisten, welche links an die Pads
angeschlossen werden, eingespeist.
Mittlerweile sind noch zusätzliche Kondensatoren zwischen diesen beiden
"langen" Versorgungs-Leiterbahnen.
Digitale Masse und Versorgungsspannung werden an den darunter liegenden
Pads links eingespeist.
Markus schrieb:> Die Versorgungsspannung ist mit mehreren 10nF, 100nF und einem 22µF> Keramikkondensator versehen, leider scheint dies nicht auszureichen.
Kondensatoren alleine helfen gar nicht. Es gehört immer ein
Längswiderstand dazu. Das kann natürlich auch eine Längsimpedanz, eine
Drossel, sein.
MfG Klaus
Okay, das werd ich dann auch in der nächsten Platinenversion einführen.
LC Grenzfrequenz dann im Bereich von ein paar kHz? Zu große
Induktivitäten sollen angeblich auch Nachteile haben oder?
Wäre denn ein Common Mode Filter sinnvoll? Eigentlich wäre es ja genau
das richtige, das was "rein fließt" sollte auch über Masse wieder
"raus"... Aber welche Impedanz oder Induktivität wählt man da?
Markus schrieb:> Zu große> Induktivitäten sollen angeblich auch Nachteile haben oder?
Genau diese "Nachteile" willst du bei einem Filter ja für dich als
"Vorteil" nutzen. Ein "Nachteil" von großen Induktivitäten ist ja u.a.
dass sich das Signal nur relativ langsam ändern kann. In deinem Fall
wäre das Ideale aber, dass sich das Signal ja gar nicht ändert.
Was du auch versuchen könntest: Die Clockleitung nicht unter den Chip
durchzuführen. Auch helfen kann wenn die Clockleitung von GND flankiert
wird.
Markus schrieb:> Die Versorgungsspannung ist mit mehreren 10nF, 100nF und einem 22µF> Keramikkondensator versehen, leider scheint dies nicht auszureichen.
Das ist klar, weil ein Kondensator immer nur als Tiefpass wirken kann,
wenn da eine Spule oder ein Widerstand davor ist.
Bau ein richtiges RC oder LC Filter davor, mit ausreichender
Grenzfreuqenz.
Die kann man z.B. so auswählen:
Die Störfrequenz ist bekannt, und der Pegel auch. Das Filter muss die
Störquelle auf eine Spannung bedämpfen, die z.B. <1LSB ist. Bei 12Bit 5V
sind das ungefähr 1mV.
Ist deine Störung 10mV, brauchst das Filter -20dB Dämpfung.
Hat deine Störung 50kHz braust du ein RC mit 5kHz Grenzfrequenz. Bei
deinem 22µF-Kondensator täte es dann folgenden Widerstand:
f=1/(2*PI*R*C) -> R>= 1/(2*PI*f*C) --> R>= 1,44 Ohm.
Nimm 2,2 Ohm.
Bei einem LC kannst du die Grenzfrequenz natürlich ein Stück höher
legen, denn das liefert 40dB/Dekade. Dafür musst dafür aber beachten,
dass die Güte des Filters <1 ist. Sonst schwingt das.
Den Nachteil hat das RC-Filter nicht.
Aber:
2LSB Rauschen sind gar nicht so schlecht bei 12 Bit. Bei 5V Versorgung
sind das < 3mV.
PS:
Das Layout scheint mir nicht so günstig (keine gescheiten Maseflächen).
Beachte das Datenblatt des ADC. Üblich sind zwei getrennte Masseflächen
(Digital GND und Analog GND), die am ADC zusammenhängen.
Das Datenblatt des ADC kann dir da weiterhelfen.
Markus schrieb:> Die Versorgungsspannung ist mit mehreren 10nF, 100nF und einem 22µF> Keramikkondensator versehen, leider scheint dies nicht auszureichen.
Die hast Du geschickt versteckt. Die sind zumindest nicht an den ADCs
sondern "weit" weg.
Markus schrieb:> Weitere Kondensatoren sind bereits eingebaut, um das> ganze aber noch besser zu filtern, habe ich mir Common Mode Filter /> Stromkompensierte Drosseln angesehen. Sind diese in diesem Fall> sinnvoll?
Nein: wo soll dann der Rückstrom von der Taktleitung fließen?
Ich glaube sowieso nicht daß das Oszi an der Stelle richtig mißt: Die
Störung koppelt direkt in das Oszi ein und ist daher "überall" zu
messen.
Ich würde eher versuchen einen Serienwiderstand (am Treiber) in die
Taktleitung einzubauen und die Taktleitung richtig zu schirmen (rechts
und links und alle 1-2cm eine Durchkontaktierung auf die Massefläche.
Gruß Anja
Wo ist die GND Plane ? Bei einem mit 5MHz geclockten ADC muss eine
richtige GND Plane her. Die stoerende Frequenz ist bei genauer
Betrachtung nicht bei 5MHz, sondern bei 50MHz++, die 5MHz sind nur die
Wiederholrate. Dh wichtig ist, dass das Filter diese Frequenzen auch
beruecksichtigt, was ein 5kHz LC nicht kann. Allenfalls wuerde man die
5MHz als Differntialsignal im System verteilen. zB mit LVDS.
Das Layout muss noch fuer 200MHz gut sein.
1.) Selbst bei einem 12-Bit-Wandler sind oft das/die hinteren Bit(s)
nicht stabil! Siehe ENOB (effective number of Bits = rauschfreihe Bits)
2.) wie gesagt, GND- und ADC-Versorgungs-Plane ist ein Muss.
3.) in die digitalen ADC-Leitungen Serienwiderstände (ca. 30R...100R)
einsetzen
4.) Siebkondensatoren mit Keramik-Cs direkt an jedem ADC
5.) Anti-Alias- == EMC-Filter direkt an den ADC-Eingängen
6.) nicht immer ist das, was man am Oszi sieht auch wirklich vorhanden.
oft ist es so, dass auf der Masse-Plane der Schaltung Hochfrequenz ist.
Kontrolle: Masseklemme des Oszis auf Schaltungsmasse und dann Tastkopf
direkt auf die Masseklemme halten. Sind jetzt immer noch Störungen zu
sehen, dann ist es möglich, dass Uadc OK ist und nur die Masse schwingt!
Die Störungen sind wohl Oberwell der 5 MHz. Da sind die großen
Kondensatoren an der Versorgung schon eher schädlich, wenn sie keine
genügende Dämpfung haben. Also eher nur 100 nF Keramik und 10 µF als
Elko/Tantal oder als Keramikkondensator mit z.B. 5 Ohm als
Serienwiderstand.
Der 2. Punkt ist ggf. Klingeln / überschwinger auf der Taktleitung.
Überschwinger von digitalen Signalen können beim ADC auch auf die
analoge Seite überschprechen. Da hilft ggf. eine Terminierung oder
wenigstens Dämpfung. LVDS wäre optimal, aber das müsste dann der ADC
auch mitmachen.
Die Clockleitung braucht eine Masse dicht bei, sonst geht der Rückstrom
über die analoge Versorgung - also genau da wo er nicht lang soll.
Markus schrieb:> Im Anhang das Layout. S
Hmm, AGND ist das SolderPad des Chips. Hat der Hersteller das so
vorgeschlagen ?
Sag doch mal die Chiptypennummer.
Danke für alle eure Tipps!
Ich experimentiere zur Zeit einige Dinge durch, ich konnte auch schon
deutliche Verbesserungen feststellen (nur noch ein Toggeln um 1-2 Werte,
aber manchmal noch einzelne sehr starke Ausreißer bis zu 0 bzw. 4095).
Der ADC Chip ist ein LTC2290 von Linear. Das Exposed Pad soll mit GND
verbunden werden. Die digitale Masse wird im Datenblat als OGND
bezeichnet, also denke ist, dass es richtig ist, das Pad mit der
analogen Masse zu verbinden.
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