Eine Grundlagenfrage an die EMV und PCB Design Profis:
- Ein PCB beherbergt zwei Baugruppen
- Die Baugruppen sind quadratisch und gleich gross
- Das PCB ist somit rechteckig
- Die Speisung und die Masse kommen auf einer der kurzen PCB Kanten rein
- Eine der beiden Baugruppen zieht ordentlich Strom mit schnellen,
digitalen Schaltflanken
- Die andere Baugruppe hat störanfällige Analogelektronik und fühlt sich
von allem was nicht DC ist, belästigt.
Nun die Frage:
Welche Baugruppe platziere ich näher bei der Speisung?
Und welche weiter weg?
Weitere Annahmen sind:
- 4-Lagen PCB mit Massefläche und Speisefläche in der Mitte.
- Beide Baugruppen ziehen überdie gemeinsame Vcc Fläche von einer
gemeinsamen Spannungsquelle den Strom.
- Beide Baugruppen leiten über die selbe GND Fläche zurück.
Irgendwelche Ideen?
Ich würde die Analogbaugruppe weiter weg setzen.
Die Versorgung so routen, dass die möglichst wenig gestört wird und
lokal dann filtern. Massenflächen kann man auch unterteilen.
Vielleicht schaffst du das ja Versorgungslage und Massenlage so zu
unterteilen, dass die digitalen Ströme nicht die analogen Ströme
kreuzen.
Und zusätzlich kannst du an der Digitalbaugruppe viel entkoppeln damit
da eben wenige Störungen entstehen.
Danke für die Antwort.
Meine Frage ist aber eher theoritischer Natur unter vereinfachten
Bedingungen. Also nicht die Frage, wie filtern, wie die Speisung
unterteilen.
Angenommen, wir hätten keine Filter und keine getrennten
Speiseleitungen.
Sondern einfach nur, welche Baugruppe soll näher zur Speisung und warum?
In Betracht ziehen soll man bei der Antwort lediglich die
Speiseleitungs-Impedanzen, die die Baugruppen ja gemeinsam "sehen".
Warum würdest du die empfindliche Baugruppe weiter weg setzen als die
störende?
Michi schrieb:> Sondern einfach nur, welche Baugruppe soll näher zur Speisung und warum?
Ich schließe mich der Aussage von -gb- an.
Warum? Einfaches Beispiel:
Audioverstärker mit Vorverstärker und gemeinsamer Versorgung. Den
schließt man auf der Leistungsseite an die Stromversorgung an, weil die
großen Ströme in den Stromversorgungsleitungen Spannungsabfälle
produzieren. Bei großen Verstärkungsfaktoren ist es sogar notwendig, die
Massebezugspunkte innerhalb des VVs genau zu betrachten.
Müssen die großen Ströme z.B. durch die Masseleitung des VV, dann gibt
das u.U. viele mV GND-Lifting, d.h. letztlich, diese Spannungen werden
anschließend im VV mit verstärkt und führen im schlimmsten Fall sogar zu
Rückkopplungen.
Das wird einen aber nicht davon entbinden, die durch die große Last
hervorgerufenen Spannungsschwankungen auf VCC-Seite trotzdem zu filtern
oder mit einem eigenen Spannungsregler zu beaufschlagen, falls die
empfindliche Gruppe auf VCC-Schwankungen reagiert OPAs wären weniger
empfindlich, einfache Transistorschaltungen schon eher.
Letztlich muss man das aber an Hand der konkreten Schaltung / dem Layout
beurteilen.
Das ganze nur in Prosa zu beschreiben ist zwar ungenau und
fehlerbehaftet, dennoch ein paar Überlegungen:
-Die Leitungen, die stärkere, getaktete Ströme führen, würde ich so kurz
wie möglich halten.
-Ordentlich filtern, sodaß die Baugruppe mit den garstigen Strömen nach
außen hin wieder möglichst nahe am DC-Optimum liegen.
Gibt es Querverbindungen zwischen Leistungs- und Analogbaugruppe? Dann
gäbe es meiner Meinung nach mehrere Möglichkeiten:
a)
Getrennte Spannungsversorgung (auch wenn beide Schaltugen ganz am Ende
an derselben Spannugnsquelle hängen), dann würde ich in alle
Querverbindungen eine galvanische Trennung einbauen. Wenn es nur
Binärsignale, geht das mit Optokopplern einfach und billig. Oder Busse
wie z.B. CAN, die eine galvanische Trennung von Haus aus mitbringen.
b)
Gemeinsame Spannungsversorgung mit gemeinsamem Bezugspotential. Über
sowas würde ich nachdenken, wenn es Querverbindungen mit Analogsignalen
gibt, das ganze möglichst günstig werden soll. Die Anforderungen an die
Genauigkeit sind dann aber auch entsprechend niedrig.
Das wären so die zwei hauptsächlichen Möglichkeiten, wobei auch
Mischvarianten (z.B. analoge Vorverarbeitung im Leistungsteil) denkbar
wären.
Aber:
Michi schrieb:> - Ein PCB beherbergt zwei Baugruppen> - Die Baugruppen sind quadratisch und gleich gross> - Das PCB ist somit rechteckig> - Die Speisung und die Masse kommen auf einer der kurzen PCB Kanten rein> - Eine der beiden Baugruppen zieht ordentlich Strom mit schnellen,> digitalen Schaltflanken> - Die andere Baugruppe hat störanfällige Analogelektronik und fühlt sich> von allem was nicht DC ist, belästigt.
Die Anforderungen sind ein schönes Beispiel dafür was passiert, wenn man
erstmal mit der Entwicklung anfängt und den EMV-Kram erstmal schön
vernachlässigt und meint, das Ganze später zurechtpfuschen zu können.
Hätte man die EMV-Problematik von Anfang an mit eingeplant, hätte man
die Spannungsversorgung mittig an der Längskante anbringen können. Dann
müßte man nich zwischen Pest oder Cholera wählen: Entweder lange
Versorgungsleitungen zur Analogbaugruppe (und damit ein Einfallstor für
Störeinkopplung schaffen) oder lange Versorgungsleitungen zur
Leistungsbaugruppe (und damit Störungen über die Leitung auszukoppeln).
Es gibt auch andere Erklärungen die nichts mit Pfusch zu tun haben. Es
könnte sein, dass die Baugruppen getrennt schon lange verwendet werden,
aber eben noch nicht zusammen auf einer Hardware. Und dann gibt es
Gehäuse in die halt nur Längskarten passen. PCMCIA war so ein Fall. Wird
es hier nicht sein, ich vermute aber einen ähnlichen Grund.
-gb- schrieb:> Es gibt auch andere Erklärungen die nichts mit Pfusch zu tun haben.
Ja, die gibt es sicherlich auch. Diese dürften aber eher die Minderheit
darstellen, meinst du nicht?
Bei Profis glaube ich das eher nicht. Die müssen aber vielleicht etwas
bauen, weil man das so von ihnen verlangt. Da hat dann das Designteam in
der Firma mehr Gewicht. Oder man will sich eben an Standards halten die
man sich mal ausgesucht hat. Ich kenne hier diese NIM-Einschübe, da gibt
es einen Ort an dem die Versorgung angeschlossen wird oder auch bei PXI
von NI.
Aber es gibt auch eine Menge Pfusch. Ist eben die Frage wie definiert
man Pfusch? Ist es Pfusch wenn das Designteam sagt das Gerät muss
länglich werden und hat an einer der kurzen Seiten die Anschlüsse?
Ist eben vielleicht dann ein praktischeres Gerät weil die Anschlüsse
schön zusammen sind. Ich finde es wäre Pfusch wenn das völlg ohne Grund
so gemacht würde und wenn dann auch beim Layout die Regeln ignoriert
werden würden. Aber hier hat der Threadersteller ja nachgefragt, er hat
zumindest den Verdacht, dass die Platzierung und das Layout einen
Einfluss haben könnte.
Michi schrieb:> - Ein PCB beherbergt zwei Baugruppen> - Die Baugruppen sind quadratisch und gleich gross> - Das PCB ist somit rechteckig> - Die Speisung und die Masse kommen auf einer der kurzen PCB Kanten rein> - Eine der beiden Baugruppen zieht ordentlich Strom mit schnellen,> digitalen Schaltflanken> - Die andere Baugruppe hat störanfällige Analogelektronik und fühlt sich> von allem was nicht DC ist, belästigt.
Trifft so ziemlich genau das, was ich auf der Arbeit sehe. Zum Glück
gehen nur Versorgung und digitale Signale 100Hz...500kHz von der
Längskante her rein.
Gustl B. schrieb:> Ist eben vielleicht dann ein praktischeres Gerät weil die Anschlüsse> schön zusammen sind. Ich finde es wäre Pfusch wenn das völlg ohne Grund> so gemacht würde
Der Kunde bestellt das genau so...
Gustl B. schrieb:> Da hat dann das Designteam in der Firma mehr Gewicht.
Yup, im letzten Projekt hat man irgendwo mitten während der Entwicklung
den Leistungselektronik- und den Mikrocontroller- und Analogteil
getauscht. Dadurch bekam man einen Sensor näher an den Mikrocontroller-
und Analogteil ran, was weniger Störungen am Sensor gab. Der Sensor muss
wegen "der Kunde bestellt das so" genau an einer bestimmten Stelle auf
dem Board sein.
Zuführung Saft ist auch immer noch über dieselbe kurze Seite.
Wie man das macht?
1 dafür sorgen, dass die Leistungselektronik nicht so assi strahlt
2 dafür sorgen, dass der Analogkrempel störfester wird
3 dafür sorgen, dass die Software mit leicht gestörten Eingängen immer
noch den Leistungsteil sauber steuert, damit 1 unterstützt wird
4 analoge Messwerte im Leistungsteil differentiell einlesen, damit
Groundbounce keine Chance hat
5 für Masse und Versorgung Übergabe-*Punkte* definieren und dafür sorgen
dass diese Punkte keine Flächen werden
Fahrzeugteile Herbipolis schrieb:> 3 dafür sorgen, dass die Software mit leicht gestörten Eingängen immer> noch den Leistungsteil sauber steuert, damit 1 unterstützt wird
Dazu gehört auch, dass man Sensoren messen lässt, wenn gerade wenig
gestört wird. Manchmal geht das ja, dass man das zeitlich trennt. Ich
hatte mir das mal für DCDC und ADC überlegt, wenn man beides synchron
laufen lässt kann der ADC immer dann den Eingang abtasten wenn der DCDC
am wenigsten stört. Habe ich aber nicht verwirklicht.
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