Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Masse von zwei Platinen verbinden


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von Rike (Gast)


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Hi,

ich habe zwei Platinen, welche mit Buchsen/Stiftleiste miteinander 
verbunden sind. Über die Pins der Verbindung läuft eine SPI-Verbindung. 
Auf der einen Platine sitzt ein ADC und auf der zweiten der 
Mikrocontroller. Auf der ADC-Platine ist ein 5V Spannungsregler und auf 
der Platine mit dem Mikrocontroller ein 3,3V Spanungsregler. Die 3,3V 
werden über die Pin-Steckverbindung, über die der SPI läuft, auch auf 
die Platine mit dem ADC übertragen. Auf beiden Platinen ist der 
Bottom-Layer als GND ausgelegt. Versorgt werden beide Platinen aus einem 
gemeinsamen Akku.

Ich frage mich jetzt an welcher Stelle ich die GNDs der beiden Platinen 
verbinde. Sollte die Masse auch mit über die Stechverbindung geführt 
werden oder besser sternförmig direkt am Akku verbinden? Ich habe die 
möglichen Verbindungen mal rot eingekreist. Verbindung an beiden 
Positionen herstellen oder nur an einer oder ganz anders? Oder sind um 
das zu beantworten mehr Informationen notwendig?

Danke

von HildeK (Gast)


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Du solltest beide Verbindungen machen.
Die vom Akku trägt dann den Versorgungsstrom, die andere ist der 
Return-Pfad für das Signal, der idealerweise nahe bei den Signalen 
liegen sollte.
Das ist zwar bei langsamen Verbindungen unritisch, aber SPI kann 
jedenfalls bereits zu den schnellen gezählt werden - und schnell heißt 
auch: steile Flanken selbst bei geringer Wiederholrate.

von MaWin (Gast)


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Rike schrieb:
> Verbindung an beiden Positionen herstellen oder nur an einer oder ganz
> anders?

Du solltest vor allem keinen Kreis herstellen, denn der bildet eine 
Spulenwindung und die sendet Störungen aus und fängt sich welche ein.

Da blöderweise deiner Beschreibung nach Masse der 3.3V mit Masse der &V 
auf der ADC Llstinr vrrbunden ist, müss die Masse-Leitungen des Akkus 
dort hin gehen. Die Plus Leitung geht zum 5V Regler. Bleibt die 
plus-Leitung zum 3.3V Regler. Blöderweise hat man dessen Schaltung 
versaut.

Es bleibt also nur schlecht (Leitung zur ADC Platine, dort 
Abblockkondensator zum Massesternpunkt,Strom fliesst über SPI Stecker 
zur uC Platine und GND zurück) was nicht geht da dem SPI Stecker dafür 
wohl ein Pin fehlt, und schlechter, direkt zum Regler.

von Rike (Gast)


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HildeK schrieb:
> Du solltest beide Verbindungen machen.
> Die vom Akku trägt dann den Versorgungsstrom, die andere ist der
> Return-Pfad für das Signal, der idealerweise nahe bei den Signalen
> liegen sollte.
> Das ist zwar bei langsamen Verbindungen unritisch, aber SPI kann
> jedenfalls bereits zu den schnellen gezählt werden - und schnell heißt
> auch: steile Flanken selbst bei geringer Wiederholrate.

Danke. Dann waren meine Überlegungen ja nicht ganz verkehrt.

MaWin schrieb:
> Da blöderweise deiner Beschreibung nach Masse der 3.3V mit Masse der &V
> auf der ADC Llstinr vrrbunden ist, müss die Masse-Leitungen des Akkus
> dort hin gehen. Die Plus Leitung geht zum 5V Regler. Bleibt die
> plus-Leitung zum 3.3V Regler. Blöderweise hat man dessen Schaltung
> versaut.

Also wenn ich das richtig identifizieren kann.

MaWin schrieb:
> 3.3V mit Masse der &V
> auf der ADC Llstinr vrrbunden ist
Ich denke mal "&V" heißt "5V" ?! Ja die Massen müssen auf der ADC Seite 
verbunden sein. Es gibt am ADC ein AGND (5V) und DGND (3,3V) Pin und 
zwischen denen darf kein Potentialunterschied vorliegen.

MaWin schrieb:
> Blöderweise hat man dessen Schaltung
> versaut.

Was meinst du damit? Weil die 3,3 V auch mit auf die ADC-Platine gehen?

MaWin schrieb:
> was nicht geht da dem SPI Stecker dafür
> wohl ein Pin fehlt,

Ich habe am Stecker noch 2-3 Pins "frei". Aktuell habe ich die einfach 
auf GND gelegt, damit sie nicht unbeschaltet sind. Ich versteh aber 
nicht genau was du meinst.

von Rike (Gast)


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Oder ist es sinnvoller der 1. Platine mit dem ADC einen seperaten 3,3V 
Regler zu spendieren und über die Steckverbindung dann nur den SPI 
laufen zu lassen?

von Rike (Gast)


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Oops vergessen das Bild anzuhängen. So meine ich..

von Rike (Gast)


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Da ich nicht weiß ob meine Frage zu trivial ist oder ob mein Problem 
nicht ganz verständlich ist stelle ich sie nochmal anders. Also im 
Grunde geht es mir darum ein Versorgungskonzept für die beiden Platinen 
zu entwickeln. Die Bestückung habe ich einmal angedeutet. Ich brauche 
zwingend einen 3,3 V und einen 5 V Regler, wobei der 5 V Regler 
auschließich für den analogen Schaltungsteil eingesetzt wird. Wie ich ja 
bereits geschrieben habe läuft über die Pinleiste ein SPI. Jetzt ist die 
Frage wie bekomme ich am geschicktesten die 3,3V auch zum ADC auf der 
zweiten Platine. Macht es Sinn wie hier eingezeichnet die Regler jeweils 
getrennt auf zwei Platinen anzuordnen und dann über die Pinleiste die 
3,3 V zu führen oder einen seperaten 3,3V auf die Platine mit dem ADC? 
Wenn es über die Pinleiste geführt wird bleibt das Problem mit der 
Zusammenschaltung der beiden Massen. Könnte man die so weit wie möglich 
getrennt halten (also auch mit über die Pinleiste führen) und nur mit 
einem Steg am ADC mit der 5V Masse verbinden? Schleife gäbe es ja dann 
trotzdem. Ich bin kein Elektronikfuchs deswegen wäre es schön wenn mir 
jemand ein wenig unter die Arme greifen könnte. Achso die beiden 
Platinen werden dann übereinandergesteckt. Die grünen Verbindungen 
zeigen welche Regler was zu versorgen hat und das transparente Rot die 
Massen auf dem Bottom Layer. Danke

von Boris O. (bohnsorg) Benutzerseite


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So ganz ist mir noch nicht klar, wie bzw. ob eine Pegelumsetzung gemacht 
wird. Ein Mikrocontroller mit 3V3 sollte ja irgendwie den ADC richtig 
ansteuern können (der auch tolerante Eingänge haben könnte und 3V3 wie 
auch 5V-Pegel verarbeitet). Das ist bzgl. der Störung unwichtig, nur 
eine funktionale Unschärfe.

Ansonsten macht beides Sinn: entweder einen VCC-Bus durch den 
Platinenstecker zu führen und von dort die Regler und Massen 
abzuzweigen, oder jeweils getrennte VCC-Anschlüsse mit getrennten 
Reglern auf die Platinen zu bringen.

Der ADC muss nur AGND und (D)GND sauber getrennt erhalten. Dafür hast du 
ja sicher getrennte Flächen und ein paar Schlitze. An einer Stelle 
werden AGND und GND verbunden. Wenn es perfekt werden soll mit einer 
Drossel/ Induktivität. So zirkulieren die Ströme aus dem Analogteil über 
AGND und an einem Punkt hinüber zu GND. Die digitalen Störungen kommen 
über die Drossel nicht zurück.

Wenn ich es lösen müsste, würde ich einen VCC-Bus einrichten, den durch 
den Stecker führen (mehrere PINs und auch zwischen den SPI-Signalen 
GND-Buchsen/ Stecker einrichten, falls mal ein Stück Kabel notwendig 
würde) und von dort abzweigen. So ist die Sterntopologie einfacher zu 
machen und es gibt weniger Kabel (=Schleifen/ Induktivität).

Wenn du Schaltregler einsetzt, bedenke auch die Störstrahlung und den 
Ripple. Für ADCs kann man durchaus eine 12V-Akku-Spannung auf 6V per 
Schaltregler machen und das restliche Volt mit einem Linearregler 
vernichten. (Alternativ 5V Step Down und 3V3 linear, bei 20mA 
Maximalstrom ist der Verlust im Linearregler gegenüber dem Schaltregler 
zu vernachlässigen.)

@MaWin: vor dem ersten Bier geschrieben?

von Rike (Gast)


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Vielen Dank für die Antwort!

Boris O. schrieb:
> So ganz ist mir noch nicht klar, wie bzw. ob eine Pegelumsetzung gemacht
> wird. Ein Mikrocontroller mit 3V3 sollte ja irgendwie den ADC richtig
> ansteuern können (der auch tolerante Eingänge haben könnte und 3V3 wie
> auch 5V-Pegel verarbeitet). Das ist bzgl. der Störung unwichtig, nur
> eine funktionale Unschärfe.

Der ADC wird mit zwei verschiedenen Versorgungsspannungen versorgt. Der 
Analogteil arbeitet mit 5 V und der Digitaltil mit 3,3V. Deshalb müssen 
die 3,3V überhaupt auf die Platine.

Boris O. schrieb:
> Der ADC muss nur AGND und (D)GND sauber getrennt erhalten. Dafür hast du
> ja sicher getrennte Flächen und ein paar Schlitze. An einer Stelle
> werden AGND und GND verbunden. Wenn es perfekt werden soll mit einer
> Drossel/ Induktivität. So zirkulieren die Ströme aus dem Analogteil über
> AGND und an einem Punkt hinüber zu GND. Die digitalen Störungen kommen
> über die Drossel nicht zurück.

Durch die Anordnung auf zwei Platinen habe ich ja automatisch zwei 
Flächen. Auf der Platine mit Mikrocontroller und Co. ist quasi der 
gesamte Bottom Layer bis auf wenige Unterbrechung DGND. Selbiges gilt 
für die Platine mit ADC und Co.. Da sitzt bis auf die digitale Seite des 
ADCs und dessen Quarz nichts Digitales drauf. Jetzt hole ich mir aber 
natürlich wenn ich DGND mit über den Stechverbinder führe DGND auf die 
analoge Platine. Deshalb dachte ich Unterbeche auf der Analogen Platine 
den Bottom Layer und führe alle Massen die was mit dem Digtalteil des 
ADCs zu tun haben auf den Teil der über die Steckverbindung rüber kommt 
und alles andere Auf AGND. Direkt am ADC würde ich dann AGND und DGND 
wie in meinem vorherigen Bild gezeigt mit einem Steg verbinden.

Wäre das so okay?

Boris O. schrieb:
> Wenn ich es lösen müsste, würde ich einen VCC-Bus einrichten, den durch
> den Stecker führen (mehrere PINs und auch zwischen den SPI-Signalen
> GND-Buchsen/ Stecker einrichten, falls mal ein Stück Kabel notwendig
> würde) und von dort abzweigen. So ist die Sterntopologie einfacher zu
> machen und es gibt weniger Kabel (=Schleifen/ Induktivität).

Das verstehe ich nicht ganz. Auf der Platine mit dem ADC benötigt nur 
dieser die 3,3V. Also wäre ein Bus an dieser Stelle nciht nötig oder?

Boris O. schrieb:
> Wenn du Schaltregler einsetzt, bedenke auch die Störstrahlung und den
> Ripple. Für ADCs kann man durchaus eine 12V-Akku-Spannung auf 6V per
> Schaltregler machen und das restliche Volt mit einem Linearregler
> vernichten. (Alternativ 5V Step Down und 3V3 linear, bei 20mA
> Maximalstrom ist der Verlust im Linearregler gegenüber dem Schaltregler
> zu vernachlässigen.)

Ich verwende einen LF50 bzw. LF33. (parallel) Die Eingangsspannung liegt 
bei ca. 6V. Müssen also nicht so viel verheizen. Sollte hoffentlich ohne 
Kühlung funktionieren :)

von Rike (Gast)


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Ich hatte  mich bei der Auslegung an der Veröffentlicheung von AD 
gehalten. Oder zumindest probiert.

http://www.analog.com/media/en/training-seminars/tutorials/MT-031.pdf

Dort ist auf Seite 12 ja quasi mein Problem beschrieben. Ich habe nur 
einen ADC, also sollte man an diesem AGND und DGND zusammenführen und 
das sollte den Sternpunkt des Systems bilden. Nun sind in der Grafik 
zwei seperate Spannungsquellen für den Digital- und Analogteil gezeigt. 
Das habe ich ja auch allerdings werden bei mir die Massen ja am Akku 
auch wieder zusammengeführt und demnach wäre ja der ADC nicht mehr der 
Sternpunkt?! Ich bin verwirrt. Wäre es dann am sinnvollste zwei Akkus zu 
nutzen, von denen die Massen dann auch am ADC zusammengeschlossen 
werden? Danke

von Michael B. (laberkopp)


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Rike schrieb:
> werden bei mir die Massen ja am Akku auch wieder zusammengeführt
> und demnach wäre ja der ADC nicht mehr der Sternpunkt?!

Richtig, sondern es bildet sich eine Leiterschleife.

> Wäre es dann am sinnvollste zwei Akkus zu nutzen,

Wäre eine Lösungsmöglichkeit die Schleife zu verhindern.

von Rike (Gast)


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Michael B. schrieb:
> Richtig, sondern es bildet sich eine Leiterschleife.

Genau. Wie dramatisch die ist lässt sich vermutlich nur durch 
Ausprobieren herausfinden oder?

Michael B. schrieb:
> Wäre eine Lösungsmöglichkeit die Schleife zu verhindern.

Kennst Du/Ihr noch andere? Besonders mit nur einem Akku. Was wären die 
Alternativen? Es gibt unendlich viele Meinungen zu dem Thema

von Rike (Gast)


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