Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Massefläche unter Leistungsschaltung und Digitalschaltung


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von Max K. (Gast)


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Hallo.

Ich habe eine Schaltung welche Kräfte mit Dehnungsmessstreifen erfasst. 
(Verstärker, ADC, etc.) Die Schaltung ist eigenlich komplett analog und 
funktioniert auch schon.(Versorgung momentan noch durch Labornetzteil) 
Um möglichst wenig Störungen in die analogen Signale zu bekommen habe 
ich die Spannungswandler auf eine extra Platine verfrachtet.(Diese wird 
gerade gelayoutet) Auf der extra Platine ist auch der digitale 
Schaltungsteil für die Auswertung. Die zwei Platinen sind mit 
Flachbandkabel untereinander verbunden. Jetzt habe ich schon öfter 
aufgeschnappt, dass die Masseflächen vom Leistungsteil vom Rest getrennt 
werden sollte. Ich habe es nach langem hin und herschieben geschafft 
alle Bauteile auf einen Layer zu bekommen. Also keine Signale auf dem 
zweiten Layer. Den zweiten Layer habe ich dann komplett als Masse 
ausgelegt. Jetzt stellt sich mir die Frage ob es sinnvoll ist die 
Massefläche unterhalb der verschiedenen Schaltungen aufzuteilen. 
Komplett trennen geht natürlich nicht. Aber bringt es etwas wenn die 
Massefläche von den Spannungsreglern wie im Anhang gezeigt nur mit einem 
Steg mit der restlichen Masse verbunden ist. Oder kann man sich solche 
Maßnahmen sparen?  Ich weiß ist nur eine PowerPoint Zeichnung aber zum 
grundlegenden Klären könnte es ja evtl. beitragen. Das rote soll die 
Massefläche sein.

von Joe F. (easylife)


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Vielversprechender wäre dem Analogteil eigene Spannungsregler zu gönnen.

Max K. schrieb:
> (Verstärker, ADC, etc.) Die Schaltung ist eigenlich komplett analog und
> funktioniert auch schon.

Ein ADC ist kein Analogbaustein.

: Bearbeitet durch User
von Max K. (Gast)


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Joe F. schrieb:
> Ein ADC ist kein Analogbaustein.

Korrekt. Deswegen auch das "eigentlich". Der ADC liegt aber ganz am Rand 
der Platine und die digitale Schnittstelle geht von dort direkt über ein 
Flachbandkabel raus. Sollte so möglichst wenig in den Analogteil 
streuen.

von Joe F. (easylife)


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Max K. schrieb:
> Joe F. schrieb:
>> Ein ADC ist kein Analogbaustein.
>
> Korrekt. Deswegen auch das "eigentlich". Der ADC liegt aber ganz am Rand
> der Platine und die digitale Schnittstelle geht von dort direkt über ein
> Flachbandkabel raus. Sollte so möglichst wenig in den Analogteil
> streuen.

Genau das ist aber so nicht der Fall. Der ADC gehört in den 
Digitalbereich, und sofern er keine getrennten Versorgungspins für 
digital und analog hat, sollte er auch aus dem Supply für den 
Digitalteil gespeist werden.

Insgesamt ist das Konzept 2 Platinen mit Kabel zu verbinden auch 
tendenziell schlechter, als alles auf eine Platine zu machen.

von Max K. (Gast)


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Joe F. schrieb:
> Genau das ist aber so nicht der Fall. Der ADC gehört in den
> Digitalbereich,

Dazu habe ich diverse Meinungen gelesen und habe mich schussendlich 
entschieden den ADC auf den Analogteil zu legen. Bei vielen 
Evaluationsboards liegt der ADC auch mit auf der analogen Platine und 
die ganze Peripherie zur Auswertung auf einem Mutterboard.

Joe F. schrieb:
> und sofern er keine getrennten Versorgungspins für
> digital und analog hat, sollte er auch aus dem Supply für den
> Digitalteil gespeist werden.

Wird getrennt versorgt. Der 5V Regler ist nur für analoge Komponenten 
und den analogen Teil des ADCs. Der andere Regler versorgt alles 
digitale und den Digitalteil des ADCs.

Joe F. schrieb:
> Insgesamt ist das Konzept 2 Platinen mit Kabel zu verbinden auch
> tendenziell schlechter, als alles auf eine Platine zu machen.

Das liegt an den Rahmenbedingungen. Eine Platine ist nunmal auch größer 
als Zwei (klar insgesamt nicht), und lassen sich somit flexibler 
anordnen. Sonst wäre ich nicht auf die Idee gekommen da überhaupt 
irgendwas zu teilen.

von Max K. (Gast)


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Gibt es noch weitere Meinungen zu dem Thema?

Max

von Alexander W. (cyancali)


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Also eine Antwort direkt dazu kann ich dir nicht geben. Dafür ist meine 
Erfahrung zu gering. Aber ich hätte eine Idee, wie du es testen 
könntest:

Du "trennst" dein GND-Layer so wie vorgesehen und fügst für einen 
Prototypen Pads am Rand hinzu. Und damit kannst du dann testen, ob es 
einen Unterschied macht zwischen "getrennt" und geschlossen (Pads nah 
beieinander, dann kannst du die einfach löten und hast eine geschlossene 
Fläche).

Was ist der Grund das GND-Layer nicht durchgängig zu machen bzw. was 
erhoffst du dir davon? Bessere Werte für EMV?

von Max K. (Gast)


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Alexander W. schrieb:
> Was ist der Grund das GND-Layer nicht durchgängig zu machen bzw. was
> erhoffst du dir davon? Bessere Werte für EMV?

Danke. Ich dachte dass die Schaltfrequenz von den Reglern auf der 
Massefläche möglichst wenig auf die umliegende Digitalschaltung 
übergreift. Das war der Grund warum ich auch den 5V Spannungsregler von 
meiner analogen Platine "entfernt" habe.

Alexander W. schrieb:
> Du "trennst" dein GND-Layer so wie vorgesehen und fügst für einen
> Prototypen Pads am Rand hinzu. Und damit kannst du dann testen, ob es
> einen Unterschied macht zwischen "getrennt" und geschlossen (Pads nah
> beieinander, dann kannst du die einfach löten und hast eine geschlossene
> Fläche).

Gute Idee. Aber in Eagle gibt es keine Möglichkeit Pads nur im Layout 
einzufügen. Zumindest ist mir keine bekannt. Würde mir ungerne zig Pads 
in meinen Schaltplan einfügen.

von Joe F. (easylife)


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Max K. schrieb:
> Wird getrennt versorgt. Der 5V Regler ist nur für analoge Komponenten
> und den analogen Teil des ADCs. Der andere Regler versorgt alles
> digitale und den Digitalteil des ADCs.

Das ist aber in deine Grafik anders dargestellt. Da versorgt der 5V 
Regler auch den Digitalteil.

Max K. schrieb:
> Ich dachte dass die Schaltfrequenz von den Reglern auf der
> Massefläche möglichst wenig auf die umliegende Digitalschaltung
> übergreift.

Wesentlich hierbei ist, dass die Schaltregler gut layoutet sind. Die 
geschalteten Strompfade müssen minimiert werden, und die (lokale) GND 
Anbindung aller kritischen Elemente gut realisiert sein, so dass die 
Störungen in den Eingangs- und Ausgangskapazitäten landen.
Die Hersteller der Regler stellen im Datenblatt oder in einer 
Application-Note meist bereits ein in dieser Hinsicht ideales Layout 
vor, an das man sich halten sollte.

Dem Digitalteil werden die übrigbleibenden Störungen auf GND am 
allerwenigsten ausmachen.

Als zusätzliche Maßnahme könntest du dein Analogboard mit Ferrit-Beads 
abkoppeln (in den Stromversorgungsleitungen, in der GND Verbindung, in 
den Datenleitungen).

Max K. schrieb:
> Aber in Eagle gibt es keine Möglichkeit Pads nur im Layout
> einzufügen. Zumindest ist mir keine bekannt.

Statt Lötaugen kannst du einfach große Vias plazieren, wenn du einfach 
nur lötbare Stellen auf der GND Fläche haben möchtest, zeichnest du 
einfach Rechtecke auf den Solderstop-Layer. An dieser Stelle wird die 
Lötstoppmaske dann ausgespart, und du kannst direkt auf das Kupfer 
löten.

: Bearbeitet durch User
von Soul E. (souleye) Benutzerseite


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Alexander W. schrieb:

> Was ist der Grund das GND-Layer nicht durchgängig zu machen bzw. was
> erhoffst du dir davon? Bessere Werte für EMV?

Hast Du jemals erlebt, das Schlitze in der Masse die EMV besser machen?

Getrennte Layer können interne Überkopplungen reduzieren (digital stört 
analog). Das lässt sich aber fast immer auch durch vernünftiges Routing 
erledigen. Mit dem Wissen, dass der (ungehinderte) Rückstrom immer unter 
dem Hinleiter entlang fliesst, kann man auch bei gemeinsamer Massefläche 
Strompfade so sortieren, dass empfindliche Schaltungsteile nicht 
beeinflusst werden.

von Max K. (Gast)


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Joe F. schrieb:
> zeichnest du
> einfach Rechtecke auf den Solderstop-Layer. An dieser Stelle wird die
> Lötstoppmaske dann ausgespart, und du kannst direkt auf das Kupfer
> löten.

Super Tipp. So werde ich es machen. Habe zwischen den Rechtecken 0,8 mm 
Platz gelassen. Das sollte sich mit Zinn denke ich noch verbinden 
lassen.

von Joe F. (easylife)


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Max K. schrieb:
> So werde ich es machen. Habe zwischen den Rechtecken 0,8 mm
> Platz gelassen. Das sollte sich mit Zinn denke ich noch verbinden
> lassen.

Meinst du zwischen den GND Flächen ist 0.8mm ausgespart, und die willst 
du dann mit Lötzinn brücken?

0.8mm kommt mir recht viel vor, flüssiges Zinn hat eine ziemliche 
Oberflächenspannung.

Es gibt aber auch selbstklebende Kupferfolie mit leitendem Kleber.
Das ist eigentlich ideal für solche Experimente, kann man schnell 
draufkleben und wieder abziehen, und es bildet eine recht großflächige 
Verbindung.

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