Hallo Leute, ich habe ein paar Fragen, was Analoge und Digitale Versogungsspannungen im Layout betrifft. Ich habe schon viel im Internet gesucht, jedoch auch viele gegensätzliche Aussagen gefunden und auch nichts, was ich für meinen Fall so richtig verwenden kann. Es handelt sich um einen Messverstärker für DMS, der einen USB-Anschluss besitzt und zusätzlich mit einem Akku betrieben werden kann, damit auch ohne Computer Messdaten aufgenommen werden können. Dafür hat es leider auch schon zwei Prototypen gegeben, wobei der Erste relativ gut funktioniert hat und der Zweite jetzt wesentlich schlechter ist, was das Rauschen/Schwanken der ADC Messwerte angeht. Dabei habe ich jedoch nur eine gemeinsame Versorgungs- und Masselage im einer 4-lagigen Leiterplatte verwendet. Da das starke Rauschen +-10 vom Mittelwert der Messwerte bei 12 Bit Auflösung nicht akzeptabel ist, muss nun ein dritter Prototyp her, der funktionieren muss! Mit meinem alten Oszi habe ich mir bei den zwei Prototypen die Versorgungsspannungen angesehen und tatsächlich ist diese bei beiden mit vielen Spikes übersät. Beim zweiten Prototypen sind diese jedoch größer. Da ich durch viel herum probieren die analogen Schaltungselemente ausschließen kann, kann dies meiner Meinung nach nur an der unsauberen Versorgungsspannung bzw. der fehlenden Trennung von Analog- und Digital-Teil liegen. Zur neuen Schaltung für den dritten Prototypen: USB Versorgungsspannung geht an den PMIC LTC4067. An dessen Ausgang sitzen nun zwei Spannungsregler, jeweils für Analog- und Digital-Teil. Als ADC wird nun der ADS7049-Q1 verwendet, da dieser getrennte Versorgungsspannungs-Pins (AVDD, DVDD, GND) besitzt. Nun zu den Fragen: 1. Im Datenblatt des ADCs ist beschrieben, dass im Layout unter dem IC die Masseflächen getrennt sein sollen. Jedoch bin ich der Meinung, dass diese dort eine kleine Verbindung haben sollten, da wegen der digitalen IO Pins ja auch gepulste Ströme über den GND Pin auf der analogen Massefläche entstehen und man diesen einen direkten "Rückweg" ermöglichen soll. Wie soll ich das jetzt realisieren? Am besten schaut ihr euch das Datenblatt an, um die Frage besser verstehen zu können. 2. Im Datenblatt des ADCs sind im Example Layout auch Widerstände bei den IO Pins eingezeichnet, für die ich keine Erklärung finde. Warum? 3. Ich habe auch bemerkt, dass die Spikes auf der Versorgungsspannung größer sind, wenn das Gerät über USB am Computer angeschlossen ist. Wobei das die Messwerte nicht sehr stark beeinflusst. Das könnte natürlich auch durch einer Masseschleife hervorgerufen worden sein, die wegen der Erdung vom PC und vom Oszi entsteht. Ist es trotzdem ratsam, für die Masse vom USB-Anschluss auch eine extra Leitung bis zum PMIC zu legen, anstatt diese direkt auf die digitale Masse zu verbinden? Ich hoffe ihr könnt mir da weiter helfen. Falls noch etwas unklar ist, dann einfach fragen. Vielen Dank im Voraus. MfG Alex
Ist der Prototyp ein gewerbliches oder privates Produkt? Grüße, Florian
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Schaltpläne wären hilfreich, aber da es sich wohl um berufliche Probleme zu handeln scheint, wirst du das wohl geheim halten müssen und damit kaum Hilfe erwarten kannst, wenn dir die Grundlagen dazu fehlen. Oft wird mit Masseflächen hirnlos rum gemurkst oder die Stromführung ist ne einfache Katastrophe. Auch der Güte der Stromversorgung wird zu oft wenig Beachtung geschenkt, mal von den Abblockmassnahmen gegen Störungen ganz abgesehen. Von EMV fange ich erst gar nicht an.
@Florian: Ist ausschließlich für die "private" Nutzung (wird nicht vermarktet) in unserem Verein als kleines Trainingsgerät gedacht. Wenn ich dir das Hirngespinst meines Trainers genau erklären muss, dann sitze ich morgen noch da :) @Cyborg: Schaltplan müsste ich erst für euch aufbereiten, aber dazu habe ich heute keine Zeit mehr. Gruß Alex
Nur Prosa zu deinem Schaltplan ist etwas dünn. Wenn wir hier schon dein Projekt unentgeltlich wuppen sollen wäre etwas mehr Doku ja wohl das mindeste. Bei Freizeitbastlern helfe ich ja gern, aber auf gewerblicher Ebene finde ich solche Anfragen irgendwie ziemlich dreist. Nun aber dennoch etwas zu deinem Problem: Vorschläge zu EMV im Datenblatt sind im Grunde meist witzlos. Sie sind zwar nicht verkehrt, allerdings kennt der Hersteller deine Rahmenbedingungen nicht und deswegen sind Empfehlungen immer mit Vorsicht zu genießen. Daher: versuche zu verstehen, warum der Hersteller dir was empfiehlt wie zu tun. Ohne deinen Aufbau näher zu kennen ist es sinnlos dir Tips zu geben, nur soviel: Für gewöhnlich will man eine möglichst niedrige Impedanz im Versorgungssystem (Masse und Spannungsversorgung) haben. Die häufigste Problemursache liegt an dieser Stelle. Ich kann noch dringend raten dieses Buch hier zu lesen: https://www.amazon.de/EMV-St%C3%B6rungssicherer-Aufbau-elektronischer-Schaltungen/dp/3834817813/ref=sr_1_1?ie=UTF8&qid=1488226295&sr=8-1&keywords=emv
Das Teil hat getrennte Spannungsversorgungen für den digitalen und den analogen Teil. Speist Du den Kerl mit 3,3V, so kannst Du ruhig die analoge Versorgung trennen. Wir verwenden dafür eine Reihenschaltung aus einer Spule, einem Widerstand (10 - 30 Ohm) und dahinter einen dicken (10-100µ-Bereich) Kondensator gegen Masse. Durch die Spule und den Widerstand kommt es zwar zu einem geringen Spannungsabfall, aber der Kerl hat diesbezüglich ja Reserve. Auch das Datenblatt spricht von: – AVDD: 2.35 V to 3.6 V – DVDD: 1.65 V to 3.6 V (Independent of AVDD) Vor allem die Klammer hinter der DVDD-Angabe finde ich lecker.
Hm, also DMS ist ein Dehnungsmessstreifen? Dann misst Du ja einen Widerstand über eine Wheatstonesche Messbrücke? Welchen Spannungsbereich bekommst Du am ADC? Die Quelle hat wohl einen eher großen Ausgangswiderstand, hast Du einen Operationsverstärker vor dem ADC? Aber weil ich ja auch schon mit 12 Bit ADCs (AD7356) gebastelt habe: Board wird versorgt mit 5V, dann zwei LDOs, beide 3,3V, einer für alles was digital ist und einer für den Analogteil. Direkt am ADC noch Kondensatoren, ich habe je Versorgungs Pin einen 100nF und einen 10uF. Bei den Lagen habe ich: - Signale - Masse - Versorgung - Signale Wobei ich versucht habe möglichst alle Signale auf der Oberseite zu routen so dass ich unter der Masse kaum Signale habe die die Versorgung stören. Digitale Masse und Analoge Masse sind direkt unter dem ADC verbunden. Die Masse ja der Rückweg für die Versorgung, daher müsste man eigentlich auch die Versorgung unter dem ADC durchlegen zum Analogteil vor dem ADC (um die Stromschleife klein zu halten). Gute Erfahrungen habe ich auch mit durchgehender Masse. Edit: Und nicht an Ferritperlen sparen.
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Ich Vergaß: Bei einer billigen Spule kann eventuell der Widerstand entfallen. Auch kann der übliche Blockkondensator, parallel zu dem Dicken nicht schaden.
Hallo, tut mir leid, dass es einen Tag länger gedauert hat. Im Anhang befindet sich nun der Schaltplan. @Wühlhase: Dein Buch Tipp gefällt mir, hört sich in einigen Rezensionen echt super an. Werde mir das gleich mal bestellen, danke dafür. @Sebastian S.: Wie Wühlhase vor dir schon beschrieben hat, möchte ich doch eigentlich eine impedanzarme Versorgungspannung? @Gustl Buheitel: Genau Dehnungsmessstreifen mit Messbrücke. Spannungsbereich am ADC entspricht der vollen analogen Versorgungsspannung. Mir ist bewusst, dass ich mit meiner Schaltung keine Messwerte in der Nähe von 0 bzw. 4095 erreichen kann, aber ist in meinem Anwendungsfall auch nicht nötig. Du meintest auch "nicht an Ferritperlen sparen", davon habe ich ziemlich wenig Ahnung. Wo sollte man die üblicherweise verwenden? Gruß Alex
Alex K. schrieb: > Mir ist bewusst, dass ich mit meiner Schaltung keine Messwerte in der > Nähe von 0 bzw. 4095 erreichen kann, aber ist in meinem Anwendungsfall > auch nicht nötig. Wieso eigentlich nicht? Man möchte doch den ADC voll nutzen und nicht nur einen kleinen Teil der 4096 Stufen. Mit einem Operationsverstärker kannst Du das Signal entsprechend verstärken. Welchen Spannungsbereich liefert Dir denn diese Messbrücke? Ferritperlen sind Induktivitäten, also frequenzabhängige Widerstände bei denen der Widerstand mit der Frequenz zunimmt. Im Gegensatz zu Spulen senden sie aber weniger Störungen aus sondern wandeln das in Wärme um. Ich würde die Versorgungsspannungen durch Ferritperlen (gibt es auch als SMD) führen. Dann zu den Kondensatoren und dann zum Verbraucher.
@Gustl: Sei mit den Ferritperlen lieber etwas sparsamer. Mit Ferriten erhöhst du tatsächlich die Induktivität, gerade in höheren Frequenzbereichen. Allerdings willst du genau das ja zumindest im Versorgungssystem nicht. Da Ferrite reinzuhämmern bringt dir meist mehr Probleme, als es dir welche löst. Wo man sowas ab und an mal macht ist Gleichtaktunterdrückung, da werden Hin- und Rückleitung duch die gleiche Induktivität geführt. Die beiden Ströme heben sich durch ihr unterschiedliches Vorzeichen (da gegensätzliche Flußrichtung) auf, und nur Ströme, die über beide Leitungen in diesselbe Richtung fließen, werden gedämpft. Ob und wo man das allerdings braucht ist eine andere Frage. Mit "einfach Ferrite reinnageln" wäre ich jedenfalls etwas vorsichtiger. @Alex: Berechtigte Frage: Warum kein Verstärker vor den ADC?
Also ich mache das so: Ferritperle, Kondensator, Verbraucher. Und da hatte ich bisher keinerlei Probleme. Also gut der SMD Ferrit muss einen niedrigen DC Widerstand haben und dahinter der/die Kondensatoren sollten nicht zu klein sein. Vor OPVs und ADCs habe ich hier so 1kOhm@100MHz 200mA Ferrite in 0603 und dann noch einen 10uF und einen 100nF je Versorgungspin. Was ich gemerkt habe ist, dass es bei ungünstigem Aufbau irgendwie resonieren kann und dann hatte ich ein ungewünschtes Signal.
@Gustl Buheitel: Ich habe doch einen Verstärker vor dem ADC (sogar 2). Ich glaube du hast meine Aussage missverstanden. Eigentlich meinte ich, dass ich diese Werte nie erreichen werde, da die Verstärker in den Grenzen der Versorgungsspannung ja nicht arbeiten können. Ich komme bis 4 runter und nach oben hin hab ich es gerade nicht im Gedächtnis. Außerdem bin ich immer noch offen und dankbar für Tipps rund ums Layout, oder anderweitigen Kritik zur Schaltung :) Ansonsten warte ich mal auf das mir vorgeschlagene Buch. Gruß Alex
Ah ok, ja dann wäre doch mal interessant wie Dein Layout und die Schaltung aussieht. Also welcher Spannungsbereich kommt von der Messbrücke? Welcher Spannungsbereich geht dann an den ADC? Der ADC hat keine Referenz eingebaut, sondern AVDD ist die Spannungsreferenz, das sollte also schön sauber sein.
@Gustl Buheitel: Also Schaltplan habe ich schon weiter oben mal als PDF im Anhang gepostet. Und Layout dazu gibt es noch nicht, da ich ungerne aufwändige Layouts immer wieder ändere. Das kostet zu viel Zeit, es ist meistens besser sich vorher darüber Gedanken zu machen, wie man die Sache angeht. Falls es was bringt könnte dir höchstens das alte Layout vom zweiten Prototypen zeigen, jedoch auch erst am nächsten Wochenende, da ich unter der Woche nicht zuhause bin und die ganzen Daten nicht bei mir habe. Spannungsdifferenz an der Messbrücke ist ziemlich klein, nur wenige mV. Für den ADC wird diese dann auf den gesammten Versorgungsspannungsbereich versärkt. Gruß Alex
Der Digitalteil sollte gut abgeblockt sein. Also möglichst nah an die Versorgungspins 100nF Abblockkerkos, davor kann man eine kleine Drossel setzen falls ihr Widerstand zu groß ist muss man dem kleinen Kerkos evtl. noch einen Elko zur Seite stellen. Aber auch bei der ADC Versorgung wird das eigentlich immer empfohlen. Weiterhin kann man mit einem langsamen Wandlertakt und Oversampling noch was raus holen.
Gustl B. schrieb: > Ferritperlen sind Induktivitäten, also frequenzabhängige Widerstände bei > denen der Widerstand mit der Frequenz zunimmt. Im Gegensatz zu Spulen > senden sie aber weniger Störungen aus sondern wandeln das in Wärme um. > Ich würde die Versorgungsspannungen durch Ferritperlen (gibt es auch als > SMD) führen. Dann zu den Kondensatoren und dann zum Verbraucher. Ja, das gilt so ab ~30...50MHz. Dadrunter sind die Teile rein induktiv. Damit kann man sich hervorragend einen Schwingkreis bauen. Man muß nur mit einer flotten Flanke anstoßen.
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