Verdreckte Stromversorgung, wie saubermachen?

11/03/2008 - 21:50 von Moritz ErbsIöh | Report spam
Hallo,

Ich habe bei einem Prototypen seit einiger Zeit mit àrgerlichen
Störsignalen auf den Versorgungsspannungen zu kàmpfen. Da es um "low
level" Messungen von uA und mV Bereichen gehen soll ist die dadurch
bedingte Auflösungsgrenze àrgerlich.

Zur Schaltung: Ein 2-Layerboard mit zugegen suboptimalem Layout (der
Analogteil ist auf Lochraster gefàdelt), ein Atmel mit 20Mhz,
Stromversorgung durch ein DC Netzteil (~12V), serielle Schnittstelle zum
PC.

Die Störsignale kommen einerseits vom PC/Laptop (Ohne Laptop-Netzteil
verschwinden sie), andererseits vermutlich vom Netzteil, sie bewegen
sich im KHz bis max 1Mhz bereich. Erstmal zielt meine Frage also auf die
niederfrequenten alles durchdringenden Störsignale.

Sie zeigen sich völlig unbeeinflusst von zahlreichen geàusenahen Abblock
C's, einige zehn uF am Regler, 100nF bei jedem IC, ~2u||100n von GND zu
VDD und VSS bei OPs.

Allgemein:
Allgemein lautet meine Frage wohl, wie erreicht man mit professionellem
Know-How eine saubere Versorgungsspannung / Abblockung dieser Störungen,
wenn ein schmutziges DC-Netzteil sowie nicht elektrisch isolierte
Schnittstellen zur Außenwelt zur Anwendung kommen?

Stromversorung:
Für die Stromversorgung will ich Drosseln einsetzen. Bei maximal
vielleicht 100mA aus 9-12V, welche Werte/Arten von Drosseln wàren da
optimal, gibt es vielleicht eine Faustregel? Passt eine 2A 45uH (55mOhm)
Ringkerndrossel?(laut Datenblatt bis 10Mhz "applicable", soll das die
Resonanzfrequ. sein?).

Schnittstellen:
Für die Schnittstellen zur Außenwelt überlege ich SMD-Induktivitàten
(1-10uH sinnvoll?), oder Ferrite in SMD-Bauform.

Massen von Schnittstellen:
Allerdings kommt das schlimmste über die Masseverbindung des PCs, auch
hier wieder die Frage, ist es sinnvoll/üblich zur Entstörung
verschiedene Massen mit einer Induktivitàt, RC-Glied, oder Ferrit zu
trennen?

Lokale Versorgungsanbindung:
Für lokale besonders saubere Versorungsnetze mit 1-10mA bei 5,
+-10V(OPs, Analogteil), ist es sinnvoll oder Praxis eine Induktivitàt in
die Anbindung zur globalen Versorgung zu setzen? z.B.
VCC--10uH--R--(100nF nach GND), falls das Sinn macht wie wird R
dimensioniert?

Wenn D auf A trifft:
Für digitale Signale, Busleitungen und Steuersignale die den digitalen
Dreck auf den Analogteil koppeln (z.B. Adresssteuerleitungen von
analogen Mux und Switchen), gibt es da eine Faustregel zur
Dimensionierung von Serien-Rs, RC-Gliedern, Ferriten, oder
Induktivitàten in der Digitalleitung(und welches dieser Alternativen
wàre die sinnvollste?), um sowohl die HC-Flanken auf vielleicht 100ns
anstiegszeiten zu drücken, als auch digital-VCC Rauschen (die 20Mhz
kommen auch durch) fernzuhalten?

Wie verfàhrt man bei getrennten analog und digital Massen in
Sternschaltung, um an den Schnittstellen zwischen Analog und Digital den
digitalen Steuersignalen ihren direkten GND-Pfad zu ermöglichen? Ein C
zwischen AGND und DGND würde ja allen Misst durchkoppeln. Oder soll es
ein C, ein R zwischen Digitalsignal und DGND am Empfànger sein?

Und wenn A auf D trifft:
Zum Schluss eine speziellere Frage, wenn ich eine geschirmte Koaxleitung
zur Übertragung des Analogsignals zum ADC verwende, verbinde ich beide
Enden der Schirmung mit GND, (dann mit R oder C?), oder lasse ich das
ADC-Ende offen, , analog bei Verwendung von einem Guardbuffer, offen,
mit R, C oder RC?



Ich hoffe von euch einige möglichst praktische Tipps zu bekommen, in
Büchern finde ich sehr selten etwas über die Design-Praxis (auch bei der
Dimensionierung der Werte).

Ich danke euch für alle Antworten (oder Rückfragen ;)!

Moritz
 

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#1 Udo Piechottka
12/03/2008 - 08:20 | Warnen spam
Moritz ErbsIöh schrieb:

Allgemein:
Allgemein lautet meine Frage wohl, wie erreicht man mit professionellem
Know-How eine saubere Versorgungsspannung / Abblockung dieser Störungen,
wenn ein schmutziges DC-Netzteil sowie nicht elektrisch isolierte
Schnittstellen zur Außenwelt zur Anwendung kommen?


Indem man darauf verzichtet. Insbesondere die Masse-/Erdungs-Situation
in Verbindung mit PC-Schnittstellen ist heikel. Also DC/DC-Wandler und
eine galvanisch getrennte Schnittstelle aufbauen.

Stromversorung:
Für die Stromversorgung will ich Drosseln einsetzen. Bei maximal
vielleicht 100mA aus 9-12V, welche Werte/Arten von Drosseln wàren da
optimal, gibt es vielleicht eine Faustregel? Passt eine 2A 45uH (55mOhm)
Ringkerndrossel?(laut Datenblatt bis 10Mhz "applicable", soll das die
Resonanzfrequ. sein?).

Schnittstellen:
Für die Schnittstellen zur Außenwelt überlege ich SMD-Induktivitàten
(1-10uH sinnvoll?), oder Ferrite in SMD-Bauform.



Eine Drossel macht noch keinen Sommer. In Kombination mit Kondensatoren
kann man durchaus stattliche Ergebnisse erzielen. (Buchempfehlung:
Würth:"Trilogie der Induktivitàten")

Massen von Schnittstellen:
Allerdings kommt das schlimmste über die Masseverbindung des PCs, auch
hier wieder die Frage, ist es sinnvoll/üblich zur Entstörung
verschiedene Massen mit einer Induktivitàt, RC-Glied, oder Ferrit zu
trennen?


s.o.

Lokale Versorgungsanbindung:
Für lokale besonders saubere Versorungsnetze mit 1-10mA bei 5,
+-10V(OPs, Analogteil), ist es sinnvoll oder Praxis eine Induktivitàt in
die Anbindung zur globalen Versorgung zu setzen? z.B.
VCC--10uH--R--(100nF nach GND), falls das Sinn macht wie wird R
dimensioniert?


Was soll er denn bewirken? Bei welcher Frequenz? Man weiss ja nicht mal
wer hier gegen wen entkoppelt werden soll. Ist das
Netzteil/Stromversorgung die Störquelle oder die zu versorgende Baugruppe?

Wenn D auf A trifft:
Für digitale Signale, Busleitungen und Steuersignale die den digitalen
Dreck auf den Analogteil koppeln (z.B. Adresssteuerleitungen von
analogen Mux und Switchen), gibt es da eine Faustregel zur
Dimensionierung von Serien-Rs, RC-Gliedern, Ferriten, oder
Induktivitàten in der Digitalleitung(und welches dieser Alternativen
wàre die sinnvollste?), um sowohl die HC-Flanken auf vielleicht 100ns
anstiegszeiten zu drücken, als auch digital-VCC Rauschen (die 20Mhz
kommen auch durch) fernzuhalten?


Den Analogteil möglichst separat aufbauen und sauber entkopplen.

Wie verfàhrt man bei getrennten analog und digital Massen in
Sternschaltung, um an den Schnittstellen zwischen Analog und Digital den
digitalen Steuersignalen ihren direkten GND-Pfad zu ermöglichen? Ein C
zwischen AGND und DGND würde ja allen Misst durchkoppeln. Oder soll es
ein C, ein R zwischen Digitalsignal und DGND am Empfànger sein?


Darauf achten, dass die jeweilige Strommasche ausschliesslich und auf
allen Wegen nur vom zugeordneten Strom durchflossen wird und die
Filtersschaltung/der Siebelko des jeweiligen Kreises mit seiner
Gnd-Seite ebenfalls diese Vorschrift einhàlt.

Und wenn A auf D trifft:
Zum Schluss eine speziellere Frage, wenn ich eine geschirmte Koaxleitung
zur Übertragung des Analogsignals zum ADC verwende, verbinde ich beide
Enden der Schirmung mit GND, (dann mit R oder C?), oder lasse ich das
ADC-Ende offen, , analog bei Verwendung von einem Guardbuffer, offen,
mit R, C oder RC?


Interessanter ist dabei die Frage, wie Du ein sauberes Massepotenzial
zwischen beiden Baugruppen sicherstellst. Man weiss nichts über die
Topologie deiner Schaltung. Ggf. würde man Dir auch zu differentieller
Übertragung raten

- Udo

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