Guten Abend,
mal angenommen wir haben eine Leiterplatte mit mehreren symmetrisch
versorgten OPVs die Analoge Signale möglichst unverfälscht verstärken
sollen. Wir haben einen Bezugspunkt, eine Signalmasse die möglichst am
Ein und Ausgang das gleiche Potential haben sollen. Wir gönnen uns dafür
eine Doppelseitige Leiterplatte und eine Durchgehende Massefläche für
die Signalmasse. Jetzt gibt es 2 Möglichkeiten:
1) Wir klatschen Abblockkondensatoren jeweils von V+ und V- der OPVs so
nahe wie möglich an die Signal(!!!)Massefläche.
2) Wir basteln eine separate Masse und Trennen Versorgungsmasse von der
Signalmasse, diese werden im Netzteil z.B. zusammengeführt. (Stern +
Massefläche)
Ich frage mich nun was besser ist. Bei Variante 1 gibt es unter
Umständen Störströme die auf die Fläche einkopplen, also Klirr. Man
verlässt sich darauf das die Fläche niederimpedant genug ist. Lustig
wird es wenn wir mehrere Platinen haben, dann kommt es auf die
Verbindung an ob sich Störungen von der Versorgungsmasse ins Signal
koppeln. Das klingt nicht gut, andererseits sollten die Störströme wenn
vorhanden dem Signal entsprechen.
Variante 2 ist eine Exot, bedeutet erstmal Mehraufwand beim Layouten.
Auf die Idee bin ich gekommen weil im Datenblatt eines
Symmetrierverstärker Moduls das ich gekauft habe erwähnt wird das sich
Versorgungs und Signalmasse trennen Lassen. (darf ich das pdf auf der HP
vom Hersteller verlinken?) Damit ist es beliebig wie viele Leiterplatten
eingesetzt werden, Signal und Versorgungsmasse sind bis zum Sternpunkt
getrennt. Nachteil ist das man unter Umständen riesige Schleifen über
das Netzteil baut, das hat man allerdings früher auch getan als reine
Sternmasse "in" war. Dafür ist das Bezugspotential für Alle OPVs
wirklich das selbe.
Ich würde behaupten Variante 2 ist die bessere, bin mir aber nicht
sicher ob der Lange weg Abblockkondensator zur "Last" gut ist.
Der OPV sieht durch den Kondensator weiterhin einen niederohmigen
Bezugspunkt.
Was meint Ihr dazu?
Danke und Gruß,
Jan K.
Split-GND hat einige Nachteile (zB bei ESD). Selbst in sehr hochwertigen
Geräten gibt es oft eine komplett durchgehende GND Plane, egal ob
analoge oder digitale Bauteile daran 'hängen'. Wichtig ist dabei, dass
die betreffenden Funktionsgruppen (digital/analog) räumlich auf dem PCB
gut getrennt voneinander platziert sind, so dass hochfrequente Störungen
in ihrem Bereich bleiben und lokale Abblockkondensatoren dort ihre
Wirkung vollbringen.
2 Layer sind für ein solches Design natürlich eher zu wenig, da die GND
Plane eine Plane ohne irgend eine Unterbrechung sein muss.
Typischerweise hat man 4 Layer.
Top: Signale
Inner 1: GND
Inner 2: Power planes & traces
Bottom: Signale
Das hängt wohl auch von den verwendeten OPVs ab. Die eher "gutmütigen"
Audio-OPVs werden in der Regel kaum HF-Schmutz über die Entkoppel-Cs
einleiten, so dass man mit einer gemeinsamen GND-plane gut hinkommen
sollte.
Bei sehr schnellen OPV kann das natürlich ganz anders aussehen.
Danke für Eure Antworten!
>Hängt vom OpAmp ab.
Ich habe es durchgelesen, interessant ist der Abschnit auf Seite 5/6.
(Minimizing Common Impedance Coupling) Das ist Variante 2 bei der sich
die Lastwiderstände auf die Versorgunsmasse beziehen. Interessant ist
aber, was passiert bei einem nicht invertierenden niederohmig (rauschen)
beschalteten Verstärker mit Bezug auf Masse? Da können schon ganz schön
Ströme auf die Fläche einkoppeln, man würde also eher auf die
Versorgungsmasse beziehen. Aber dann geht der Vorteil verloren. In der
Praxis ist das bei größeren Projekten so nicht machbar.
>Split-GND hat einige Nachteile (zB bei ESD). Selbst in sehr hochwertigen>Geräten gibt es oft eine komplett durchgehende GND Plane, egal ob>analoge oder digitale Bauteile daran 'hängen'. Wichtig ist dabei, dass>die betreffenden Funktionsgruppen (digital/analog) räumlich auf dem PCB>gut getrennt voneinander platziert sind, so dass hochfrequente Störungen>in ihrem Bereich bleiben und lokale Abblockkondensatoren dort ihre>Wirkung vollbringen.>2 Layer sind für ein solches Design natürlich eher zu wenig, da die GND>Plane eine Plane ohne irgend eine Unterbrechung sein muss.>Typischerweise hat man 4 Layer.
Ja, das wird oft so gemacht. Einige Profis bauen das aber auch anders
auf: (Seite 3)
http://www.funk-tonstudiotechnik.de/SSIM-03A.pdf
Dabei bezieht sich die Last immer auf die Signalfläche (siehe
blockschaltbild) und die Versorgungsmasse (nicht gezeichnet) ist separat
herausgeführt und über einen Widerstand verbunden. Steht so unten im
Text. Laut der oben verlinkten AN von Analog Devices ist das aber nur
bedingt gut. Es klingt auch dämlich extra Für die abblockkondensatoren
eine Eigene Massefläche zu bauen, da könnte man gleich nur einen
Abblockkondensator zwischen V- & V+ machen, Bezugspunkt wäre der selbe
(Netzteil)
Digitale und Analoge Signale räumlich trennen aber auf eine Massefläche
beziehen geht bestimmt, wenn man sie nicht räumlich trennen kann bleibt
einem aber nichts mehr als die Massen zu trennen und an einem Punkt
zusammenzuführen.
>Das hängt wohl auch von den verwendeten OPVs ab. Die eher "gutmütigen">Audio-OPVs werden in der Regel kaum HF-Schmutz über die Entkoppel-Cs>einleiten, so dass man mit einer gemeinsamen GND-plane gut hinkommen>sollte.>Bei sehr schnellen OPV kann das natürlich ganz anders aussehen.
Der Gedanke ist einfach der: Alle OPVs die ich kenne arbeiten mit einer
AB Ausgangsstufe (die die Linear verstärken sollen, keine Komparatoren
etc.) Beim Wechsel in den B Betrieb ist die Stromaufnahme eben alles
andere als Sinusförmig, egal in welchem Frequenzbereich.
Ich habe mal diverse Datenblätter von DACs/ADCs und OP AMps studiert,
hauptsächlich die von Ti + Eval. Board. Dort wird immer im
Referenzdesign Signalmasse und Versorgungsmasse direkt zusammen gelegt.
Die sehr guten DACs/ADCs sind so ziemlich das Anspruchsvollste Analoge
das mir eingefallen ist, ich war erstaunt das es so einfach sein soll.
Eine weitgehend durchgängige Massefläche, das wars. Im Grunde das was
"easylife" gemint hatte. Aber was mache ich wenn ich mehrere
Leiterplatten aus einem Netzteil speisen will? Zwangsläufig führen
Signalmasse und Versorgungsmasse dann parallel über eine gemeinsame
Leitung. Da muss es doch einen besseren Weg geben.
Jan K. schrieb:> Aber was mache ich wenn ich mehrere> Leiterplatten aus einem Netzteil speisen will? Zwangsläufig führen> Signalmasse und Versorgungsmasse dann parallel über eine gemeinsame> Leitung.
Macht ja nichts, solange du Störer lokal in den Griff bekommst.
Das Problem ist ja kein neues. Studiomischpulte sind mehrere Meter breit
und bestehen selbstverständlich aus vielen Einzelplatinen.
Das Konzept hier ist:
- Niederimpedante Stromversorgungs- und GND-Verbindungen (große
Querschnitte)
- Großzügig dimensionierte Puffer- und Abblockkapazitäten
- Hohe Signalpegel (= großer Abstand zu Störspannungen)
- und: symmetrische Audiosignale
Auch bei der Verbindung zweier Geräte per Kabel, die in der Regel eigene
Netzteile haben, ergibt sich das gleiche Problem.
Niemals werden die GND Potentiale beider Geräte aufs mV gleich sein.
Daher wird in der professionellen Studiotechnik prinzipiell auf
symmetrische Signale und hohen Pegel gesetzt. Dadurch spielen Störungen
auf GND eine deutlich geringere Rolle.
Kenne so ein ähnliches Problem -- Klirrfaktor-Meßgerät mit Metallgehäuse
und BNC-Buchsen. GND ist einerseits das Gehäuse, andererseits die
GND-Verbindungen im Innern. Allerdings alle Signale Single-Ended /
assymetrisch. Daher sorgen z.B. magnetische Einkoppelungen (etwa des
Trafos) für parasitäre Ströme und damit Spannungsverschiebungen, die
natürlich voll auf die Analog-Signale durchschlagen.
Im Gegensatz dazu hat man etwa bei den Tektronix-Einschüben symmetrische
Signale -- da haben ein paar mV GND-Abweichungen kaum Auswirkungen.
Abblock-Kondensatoren dienen ja vor allen dafür (vermute ich), genügend
lokale Energie für die internen Schaltvorgänge, aber auch die größeren
Ausgangssignale zur Verfügung zu stellen. Da diese sich aber vor allem
auf Signal-GND beziehen, sollte auch das "lokale" GND für die
Kondensatoren verwendet werden. Ansonsten kannst Du Dir ja einmal den
Strompfad vorstellen, wenn einer der Op-Amp-Ausgangstransistoren etwas
mehr Strom braucht, um die Ausgangslast zu treiben.
Achim H. schrieb:> Da diese sich aber vor allem> auf Signal-GND beziehen, sollte auch das "lokale" GND für die> Kondensatoren verwendet werden. Ansonsten kannst Du Dir ja einmal den> Strompfad vorstellen, wenn einer der Op-Amp-Ausgangstransistoren etwas> mehr Strom braucht, um die Ausgangslast zu treiben.
Genau so ist es.
Der von den Abblockkondensatoren eingekoppelte Störstrom läßt sich
minimieren, indem man die Kapazität nicht größer als nötig wählt.
100uF Abblocker erachte ich von daher als ziemlich unsinnig.
Für HF-Stabilität reichen 10..100nf - mit entsprechend kleineren
Störströmen.
