Masseführung Digital- und Analogteil mit externem Netzteil (Linearregler)

[Manuel S. (bieblrecords)]

Hallo zusammen,
ich entwerfe einen digital gesteuerten 4-Kanal Mikrofonverstärker.
Das Gerät (Skizze Gehäuse ganz rechts) besitzt eine µC-Platine und 4 
Mikrofonverstärker-Platinen. Das Netzteil soll in einem extra Gehäuse 
untergebracht werden und mit einer bis zu 1,5 m langen geschirmten 
5-poligen Leitung angebunden werden.

Mir ist leider nicht ganz klar wo der Massesternpunkt am besten liegen 
sollte (im Netzteil, oder im Mikrofonverstärker) bzw. wo ich die 
Linearregler am besten verbauen sollte (Im Netzteil, oder da wo sie 
benötigt werden)?

Zusätzlich wüsste ich gerne wie ich verschiedene Schaltungsteile 
innerhalb des Analogteils, welche sich eine Versorgungsleitung teilen, 
am besten an die Versorgung anbinde? Leistungsstarke Verbraucher zuerst 
oder zuletzt, oder am besten einzelne Versorgungsleitungen?

Für evtl. app notes, Fachliteratur, etc. bin ich sehr dankbar

[Stefan F. (Gast)]

Sternpunkt heißt, dass alle GND Leitungen dort zusammen laufen. Du hast 
dazu einen guten Punkt gewählt, denke ich.

Aber das Kabel zur µC Platine widerspricht dem. Das muss auch am 
Sternpunkt angeschlossen werden.

[LM337 vs. LM317 (Gast)]

Du willst doch Positive Ausgangsspannungen?
Vo = V Output
Vi = V Input

Bitte Datenblätter studieren! Sonst wird das nichts

[Manuel S. (bieblrecords)]

LM337 vs. LM317 schrieb im Beitrag #6882342:
> Du willst doch Positive Ausgangsspannungen?
> Vo = V Output
> Vi = V Input
>
> Bitte Datenblätter studieren! Sonst wird das nichts

Vielen Dank für den Hinweis ;)

Ich hab das ganze auf 2 Minuten fürs Forum zusammengeklickt. Das ist 
nicht der fertige Schaltplan sondern ist nur eine grobe Skizze vom 
Gesamtaufbau.
Du hast natürlich völlig recht ;)

[Helge (Gast)]

5-pin-Stecker: 5V, GNDD, +28, +48, GNDA. Schirm nur an den Sternpunkt, 
der sitzt im Gerät, nicht im Netzteil. GNDA für 28V und 48V geht. Für 
die Schönheit: T2 und T3 durch einen mit 2 Sekundärwicklungen ersetzen.

[Könner (Gast)]

Manuel S. schrieb:
> (Skizze Gehäuse ganz rechts)

Du nutzt den Schutzleiter - und weißt vermutlich was der anstellen kann?

[MaWin (Gast)]

Manuel S. schrieb:
> Mir ist leider nicht ganz klar wo der Massesternpunkt am besten liegen
> sollte

Üblicherweise am A/D Wandler.

Den hast du nicht.

Aber wohl Digitalpotis.

Du musst nur dafür sorgen, dass die digitalen Ansteuersignale der Potis 
trotz Abweichungen von AGND zu DGND noch fehlerfrei ankommen.

Je nach dem, welche Digitalpotis du wie einsetzt, haben sie DGND und 
floating Analog , oder AGND und Digitalsignale in Bezug darauf, oder 
getrennte AGND und DGND Anschlüsse.

Manuel S. schrieb:
> wo ich die Linearregler am besten verbauen sollte

Im Gerät, dann ist der Spannungsabfall über die Zuleitung und deren 
Kontakte egal

[Manuel S. (bieblrecords)]

Danke schon mal für die schnellen Antworten, im Anhang noch mal eine 
neue Skizze. Es geht hier ausschließlich um die Masseführung.


MaWin schrieb:
> Aber wohl Digitalpotis.

Da hab ich wohl zu wenig Infos preisgegeben.
Der Digitalteil besitzt 5x TPIC6B595 Power Shift Register, welche 20 
Bistabile Kleinsignalrelais schalten. Es sind keine Digitalpotis oder 
andere digitale Komponenten, welche AGND benötigen würden, verbaut.

> Üblicherweise am A/D Wandler.
Soll der Massesternpunkt also immer in kürzest möglicher Entfernung zum 
empfindlichsten Schaltungsteil liegen?

> Im Gerät, dann ist der Spannungsabfall über die Zuleitung und deren
> Kontakte egal
Danke auch hierfür, leuchtet ein.


Helge schrieb:
> Schirm nur an den Sternpunkt der sitzt im Gerät, nicht im Netzteil.
Evtl. so wie in der neuen Skizze?


Könner schrieb:
> Du nutzt den Schutzleiter - und weißt vermutlich was der anstellen kann?
Mir ist leider nicht ganz klar was genau du hier meinst?
Ich weiß für was der Schutzleiter (PE) verwendet wird.

[Wühlhase (Gast)]

Manuel S. schrieb:
>> Üblicherweise am A/D Wandler.
> Soll der Massesternpunkt also immer in kürzest möglicher Entfernung zum
> empfindlichsten Schaltungsteil liegen?

"Immer" ist eigentlich immer falsch.

Wenn ich mir die Rumunkerei mal erlauben darf: Nimm ein fertiges 
Schaltnetzteil, spendiere dem Ding noch ein paar LC-Filter falls du 
bedenken hast, und fertig.
Was man vielleicht noch machen sollte, ist, evt. vorhandenen 
Digitalschaltungen eine separate Versorgungsleitung spendieren, am 
Besten vor dem Filter abzweigen. Und alles auf dasselbe Massepotential 
referenzieren. Die Masseführung möglichst niederimpedanz halten, d.h. 
eine komplette Gnd-Lage und längere Zuleitungen vermeiden (d.h. das 
weitaus kleinere Schaltnetzteil doch lieber im Gerät verbauen), und dann 
sollte das klappen.

Bei komplexerem Spannungsversorgungszauber hat man nur die Gefahr, 
irgendetwas zu übersehen und sich unnötig viele Probleme einzufangen. Es 
gibt da kein Patentrezept, aber jede Menge Knüppel die man zwischen die 
Beine bekommen kann.

Wenn man mit mehreren Bezugspotentialen arbeitet, sollte man gute Gründe 
dafür haben und lediglich das Vorhandensein von irgendwelchem harmlosem 
Analogkram und einem Mikrocontroller ist dafür kein Grund.

Ach ja, nochwas bezüglich Schaltnetzteil und Audiokram: Es ist 
heutzutage schwierig, Netzteile zu bauen oder zu bekommen, die mit 
Schaltfrequenzen unter 30kHz (was bereits deutlich außerhalb dessen ist 
was der Mensch so hören kann) arbeiten. 100kHz dagegen sind gängig, und 
mehr kann man auch noch haben wenn man will.

[Beachstar (Gast)]

Warum hast du die Primärwicklungen kurzgeschlossen?

[Manuel S. (bieblrecords)]

Beachstar schrieb:
> Warum hast du die Primärwicklungen kurzgeschlossen?

War wohl zu spät am Abend ;) Aber wie schon geschrieben das hier ist 
nicht als fertiger Schaltplan, oder Schaltplanansatz zu verstehen 
sondern nur als Skizze.
Es geht mir um das Verständnis der idealen Masseführung (um 
Störeinflüsse des digital Teils in den Analogen zu vermeiden), wie ich 
Schaltungsteile innerhalb des Analogteils, welche sich eine 
Versorgungsleitung teilen, am besten an die Versorgung anbinden kann und 
die Anordnung der Linearregler.


Wühlhase schrieb:
> "Immer" ist eigentlich immer falsch.
Was wäre dann ihr Vorschlag bzw. was wäre der richtige Gedankengang um 
hier einen Einstieg zu finden?

> Wenn ich mir die Rumunkerei mal erlauben darf: Nimm ein fertiges
> Schaltnetzteil, spendiere dem Ding noch ein paar LC-Filter falls du
> bedenken hast, und fertig.
Halte ich für nicht so einfach. Bzw. habe ich noch kein passendes 
gefunden. Ich habe allerdings bereits überlegt 3 separate 
Schaltnetzteile zu kombinieren.

>Und alles auf dasselbe Massepotential referenzieren.
Wo sollte das dann sein?

>(d.h. das weitaus kleinere Schaltnetzteil doch lieber im Gerät verbauen)
Was ist hier der Vorteil? Ich möchte eigentlich keinerlei 230 VAC in 
meinem Gerät wg. Störeinflüssen haben.

> Ach ja, nochwas bezüglich Schaltnetzteil und Audiokram: Es ist
> heutzutage schwierig, Netzteile zu bauen oder zu bekommen, die mit
> Schaltfrequenzen unter 30kHz (was bereits deutlich außerhalb dessen ist
> was der Mensch so hören kann) arbeiten. 100kHz dagegen sind gängig, und
> mehr kann man auch noch haben wenn man will.
Es geht mir letztlich in diesem Beitrag auch nicht um die Glaubensfrage 
ob Schaltnetzteil oder Linearteil, sondern um das oben genannte. ;)
Vielen Dank für deinen langen Beitrag.

[Wühlhase (Gast)]

Manuel S. schrieb:
> Wühlhase schrieb:
>> "Immer" ist eigentlich immer falsch.
> Was wäre dann ihr Vorschlag bzw. was wäre der richtige Gedankengang um
> hier einen Einstieg zu finden?

Damit wollte ich lediglich sagen, daß das Festhalten an Faustregeln 
meist keine gute Idee ist. Man sollte immer das konkrete Problem 
verstehen und es lösen, dabei aber im Hinterkopf behalten daß die 
Randbedingungen nicht immer diesselben sind und eine gute Lösung das 
berücksichtigen muß.

Aber wenn du schon fragst was m.M.n. der richtige Gedankengang wäre:
Was viele Probleme reduziert oder gar nicht erst entstehen läßt, ist, 
eine niedrige Impedanz auf dem Massepfad zu haben. Über ein externes 
Netzteil würde ich nachdenken, wenn im Gerät selbst nochmal eine 
Spannungsregelung sitzt, ansonsten nicht. Die Versorgungsspannung erst 
regeln, dann über eine Leitung führen und erst dort hängt die Last, hat 
zumindest elektrischerseits keinen Vorteil. Birgt aber das Risiko 
einiger lustiger Problemsuchrätsel, wo man so richtig viel Zeit 
totschlagen kann.

Wenn du in deinem Verstärker etwas Leistung konsumieren willst, und es 
geht ja um Audiotechnik, wäre es durchaus angebracht etwas Hirnschmalz 
in das Thema PFC zu stecken (ja, auch und gerade bei einem 
Trafonetzteil). Wahrscheinlich mußt du das sogar.


Manuel S. schrieb:
>>Und alles auf dasselbe Massepotential referenzieren.
> Wo sollte das dann sein?

Im Anhang mal ein Beispiel. Dort habe ich zwei Spannungen mit demselben 
Potential, eine für Analogkramaufbereitung und die andere um einen 
Mikrocontroller zu versorgen, und beide in Bezug auf dasselbe 
Massepotential. Keine Aufteilung auf Analogmasse und Digitalmasse oder 
solchen Quatsch...das ist damit gemeint.


Manuel S. schrieb:
>> Wenn ich mir die Rumunkerei mal erlauben darf: Nimm ein fertiges
>> Schaltnetzteil, spendiere dem Ding noch ein paar LC-Filter falls du
>> bedenken hast, und fertig.
> Halte ich für nicht so einfach. Bzw. habe ich noch kein passendes
> gefunden. Ich habe allerdings bereits überlegt 3 separate
> Schaltnetzteile zu kombinieren.

Warum, was sollte da schwierig sein? Aber zwei oder drei Netzteile zu 
kombinieren ist natürlich immer eine Möglichkeit, wenn es das eine 
passene Netzteil nicht gibt. Ich weiß nicht wieviel Leistung du 
einplanst, trotzdem ein paar Beispiele:
https://www.mouser.de/c/power/power-supplies/ac-dc-power-modules/?output%20voltage-channel%201=5%20V~~5%20VDC%7C~28%20VDC%7C~48%20V&rp=power%2Fpower-supplies%2Fac-dc-power-modules%7C~Output%20Voltage-Channel%201&pg=2

[Manuel S. (bieblrecords)]

Wühlhase schrieb:
> Über ein externes Netzteil würde ich nachdenken, wenn im Gerät selbst >nochmal 
eine Spannungsregelung sitzt, ansonsten nicht.
Genau so ist es.

> Keine Aufteilung auf Analogmasse und Digitalmasse oder
> solchen Quatsch...das ist damit gemeint.
Kannst du mir noch genau erklären wieso das Quatsch sein soll die Massen 
aufzuteilen? Wenn ich z.B. bei meiner Schaltung GNDA und GNDD über eine 
Masseleitung zurückführe zieht mir das Schalten eines Relais das 
GND-Potential eines Spannungsreglers auf der Analogplatine nach unten, 
wodurch die analoge Versorgungsspannung ebenfalls um diesen Anteil 
niedriger wird. Wie ordnest du deine Schaltungsteile auf so einer 
Platine sinnvollerweise an.

Vielen Dank

[Wühlhase (Gast)]

Manuel S. schrieb:
> Kannst du mir noch genau erklären wieso das Quatsch sein soll die Massen
> aufzuteilen?

Weil eine solche Aufteilung typischerweise erstmal die Masseimpedanz 
erhöht. Das kann man zwar auch so machen daß es nicht passiert, aber die 
meisten werden ein Layout zeichnen wo genau das passiert (und 
gelegentlich findet man leider genau solche Layoutvorschläge auch in 
Application Notes und Datenblättern).
Und weil du z.B. von der Trennung nichts hast wenn du Signale, die von 
einem Teil in den anderen sollen (z.B. das Ausgangssignal aus einem OPV 
an den ADC eines Mikrocontrollers), nicht galvanisch trennst. Also 
Optokoppler, Isolierverstärker oder ähnliche Späße verbaust. 
Verschiedene Massen sieht man durchaus oft, aber Signalübertragungen mit 
galvanischer Trennung selten.

Nimm mal an, irgendein analoges Vorverarbeitungsgefummel liefert 2V, 
bezogen auf GNDA. Diese 2V sollen an einen ADC, dessen Referenzspannung 
aber auf GNDD bezogen ist.
Nun schaltest du dein Relais, und über die Masseimpedanz und 
Einschaltstrom des Relais wird GNDD um +0,5V gegenüber GNDA angehoben. 
Welche Spannung sieht der ADC jetzt?

Oder anders: Wenn du GNDA und GNDD irgendwo sowieso verbinden 
willst/mußt, warum sollte dann nicht deine ganze Leiterkarte dieser 
Sternpunkt sein können?

[MaWin (Gast)]

Wühlhase schrieb:
> Aber zwei oder drei Netzteile zu kombinieren ist natürlich immer eine
> Möglichkeit

Inzwischen sind das ja LM317L. Er scheint die 28V und 48V nur für 
Mikrophon-Phantomspannung zu verwenden.

Dann reicht eine ankommende Wechselspannung, aus der man durch Villard 
oder ähnliche Spannungsvervielfachung die für den Spannungsregler 
benötigte Eingangsspannung produziert. Übrigens überlebt ein LM317L die 
48V nicht.


Siehe https://dse-faq.elektronik-kompendium.de/dse-faq.htm#F.9

[Manuel S. (bieblrecords)]

Wühlhase schrieb:
>> Kannst du mir noch genau erklären wieso das Quatsch sein soll die Massen
>> aufzuteilen?
>
> Weil eine solche Aufteilung typischerweise erstmal die Masseimpedanz
> erhöht. Das kann man zwar auch so machen daß es nicht passiert, aber die
> meisten werden ein Layout zeichnen wo genau das passiert

Ich habe jetzt 2 professionelle Mikrofonverstärker zerlegt um zu sehen 
wie das ganze renommierte Firmen handhaben. Und die teilen tatsächlich 
Massen auf.
Ich denke es hat damit zu tun, dass die ganze Schaltung im Audio-Bereich 
(NF-Bereich) also von 0 - 20 kHz arbeiten soll und hier ja der Strom 
eher den direkten Weg nimmt. Das was du schreibst gilt in jedem Fall für 
den HF-Bereich. Die Masseimpedanz ist doch bei so niedrigen Frequenzen 
zu vernachlässigen, richtig?

Im Anhang die Schaltung und das Layout eines prof. Mikrofonverstärkers.

[Manuel S. (bieblrecords)]

Manuel S. schrieb:
> Wühlhase schrieb:
>>> Kannst du mir noch genau erklären wieso das Quatsch sein soll die Massen
>>> aufzuteilen?
>
> Ich habe jetzt 2 professionelle Mikrofonverstärker zerlegt um zu sehen
> wie das ganze renommierte Firmen handhaben. Und die teilen tatsächlich
> Massen auf.
> Ich denke es hat damit zu tun, dass die ganze Schaltung im Audio-Bereich
> (NF-Bereich) also von 0 - 20 kHz arbeiten soll und hier ja der Strom
> eher den direkten Weg nimmt. Das was du schreibst gilt in jedem Fall für
> den HF-Bereich. Die Masseimpedanz ist doch bei so niedrigen Frequenzen
> zu vernachlässigen, richtig?
>
> Im Anhang die Schaltung und das Layout eines prof. Mikrofonverstärkers.

Hat hier evtl. noch jemand einen Vorschlag oder kann mir genau erklären 
wieso die Massen bei Audioschaltungen getrennt sind und bei 
HF-Schaltungen nicht?

Evtl. auch Fachbücher zu Layout, Masseführung etc.?
Vielen Dank schon mal

[Peter D. (peda)]

Manuel S. schrieb:
> Das Netzteil soll in einem extra Gehäuse
> untergebracht werden und mit einer bis zu 1,5 m langen geschirmten
> 5-poligen Leitung angebunden werden.

Solange die Spannungsregler nicht schwingen, muß da auch nichts 
geschirmt werden.
Die einzelnen GND dürfen natürlich erst im Gerät miteinander verbunden 
werden.