Auswirkung von (möglicherweise fehlender) Erdung im Ausgangskreis der Endstufe

HINWEIS: Es stellt sich heraus, dass die Masseverbindungen, über die ich mich unten wundere, tatsächlich verbunden sind (danke Sim Son in den Kommentaren), obwohl ich immer noch nicht sehen kann, wie sie verbunden werden könnten ( zusätzliche Nahaufnahmen ). Der Grund, warum ich anfangs zu dem Schluss kam, dass sie nicht verbunden waren, war eine Kombination aus der Tatsache, dass ich keine Verbindungen auf der Leiterplatte sehen konnte (immer noch nicht) und, wie sich herausstellte, eine defekte Sonde an dem Messgerät, das ich für Durchgangsprüfungen verwendete. Die Hauptprämisse dieser Frage scheint also falsch zu sein; obwohl die Fragen über die Wirkung dieses Bodens immer noch bestehen.

Ich schaue mir den Audioverstärkerabschnitt eines Mainboards an, das von einem LCD-Fernseher gesäubert wurde ( Sony BU Board, P/N 1-876-561-13 , Fernseher scheint ein KDL-40V4150 zu sein). Die Verstärkerschaltung ist um einen TI TPA3100D2PHPR- Chip (20-W-Stereo-Class-D-Verstärker) herum aufgebaut. Die Platine scheint eine 2-Lagen-Platine zu sein. †

Ich habe es studiert, als ich ein Projekt daraus gemacht habe, diesen Abschnitt aus dem Mainboard herauszuschneiden und ihn als eigenständigen Verstärker zu verwenden (meistens funktioniert). Als ich es jedoch genau untersuchte, bemerkte ich, dass im Ausgangsbereich eine unerwartet fehlende Erdverbindung zu sein schien , und ich bin mir nicht sicher, was ich davon halten soll.

Schema

Hier ist ein Teil des Schaltplans aus dem Servicehandbuch des Fernsehers und der entsprechende Teil der Beispielschaltung im Datenblatt des Chips (klicken für hohe Auflösung). Der einzige Unterschied, der relevant sein könnte (?), besteht darin, dass die Sony-Schaltung die 1nF + 20Ω-Entkopplungsbits von den Ausgängen vor den Induktivitäten nicht hat. Ich habe die verdächtigen Masseverbindungen blau hervorgehoben:

Servicehandbuch (Sony) Datenblatt (TI)
Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Anmerkungen:

  • Sony verwendet dieses Board (oder geringfügige Varianten davon) in einer Reihe von Fernsehern. Ich bin zuversichtlich, dass dies das richtige Servicehandbuch ist, da ich die Modellnummer des Fernsehgeräts auf dem Gehäuse aufgedruckt gefunden habe.
  • Ich gehe davon aus, dass Sony diese Verstärkerschaltung auch in anderen Produkten verwendet, da sie relativ eigenständig ist und ich viele unbenutzte Pads sehe, von denen ich annehme, dass sie für Teile in anderen Varianten bestimmt sind.

Leiterplatte

Das ist alles in Ordnung, aber der Grund für meine Frage ist, dass die Platine anscheinend nicht die oben hervorgehobenen Erdungsverbindungen enthält .

Ich habe alle Erdungsspuren auf der Platine manuell verfolgt. Beschreibungen sind mit den Bildern unten (zum Vergrößern anklicken), die allgemein interessierenden Komponenten sind die Kondensatoren nach jeder Induktivität (C2096 bis C2099):

Beschreibung Zurück Vorderseite
TI-Chip in der Mitte. Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Massespur ist grün. Kappen und die Spuren zwischen ihnen sind lila. Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein
Das Bild auf der Rückseite zeigt auch Spuren auf der Vorderseite. Das vordere Bild ist ein Servicediagramm anstelle eines Fotos. Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Das Verwirrende ist hier:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Die Gründe sind grün und die Kappen und Spuren zwischen ihnen sind lila. Wenn ich nichts übersehe, gibt es auf der Platine keine Verbindung zwischen Lila und Grün. Dies würde bedeuten, dass die Verbindungen, die ich in den Schaltplänen hervorgehoben habe, nicht vorhanden sind.

Frage

Das waren jetzt viele Bilder, aber meine Frage ist:

Warum könnten diese Verbindungen fehlen? Ist es eine andere übliche Konfiguration für den Ausgang eines Klasse-D-Verstärkers, von der ich nichts weiß? Liegt es an den fehlenden Entkopplungskondensatoren an den Ausgängen des Chips vor den Spulen?

Wie wirkt sich diese Masse auf das Verhalten des Verstärkers aus?

Grundsätzlich: Was ist hier los?

Hinweis: Die Ausgänge dieser Schaltung gehen an zwei Stellen: direkt an die internen Lautsprecher des Fernsehers und auch an einen anderen Verstärker, der die Line-Out-Buchsen ansteuert. Es gibt dort auch einige Widerstände und Kondensatoren, nicht sicher, ob sie relevant sind, aber hier ist dieser Teil der Schaltung.

† Es gibt starke Hinweise darauf, dass die Leiterplatte nur aus 2 Schichten besteht:
  1. Ich schneide dies mit einer Bandsäge vom Hauptbrett und sah nur zwei Schichten an dieser Grenze.
  2. Ich bin in der Lage, jede Verbindung auf dem Schaltplan mit den sichtbaren PCB-Spuren zu erklären, mit Ausnahme dieser Erdung (ich habe sorgfältig jede Komponente in der Verstärkersektion sowie den Hauptaudioprozessor und den Aux-Verstärker überprüft).
  3. Die PCB-Layouts des Service-Handbuchs ( Seite 54 ) zeigen nur zwei Lagen und keine Hinweise auf Sacklöcher oder Leiterbahnen.
  4. Es wäre trivial, diese auf die Bodenspur zu leiten. Die violetten und grünen Bereiche (von meinen Bildern) liegen direkt nebeneinander auf der Vorderseite der Platine.

Unter der Annahme, dass Kostensenkung wichtig ist, scheint es mir seltsam, wenn die Leiterplatte nur für ein paar Verbindungen eine weitere Schicht hat, die genauso einfach auf den vorhandenen Schichten hergestellt werden könnte.

Das Verfolgen von Kupferspuren kann schwierig sein. Haben Sie die Verbindung zwischen den verdächtigen Punkten überprüft, um sicherzustellen, dass sie wirklich nicht verbunden sind?
Irgendwelche Fragen Jason?
@ SimSon Ich schwöre, ich habe es getan. Ich habe es gerade noch einmal überprüft und ... sie sind mit Masse verbunden. Und ich kann absolut nicht sehen, wie. Ich habe noch ein paar Nahaufnahmen gemacht . Auch dies ändert die Frage völlig .... Ich bin zu 100% verblüfft, wie sie verbunden sind.
@TonyStewartEE75 Ich habe so viele Fragen, heh....
@SimSon Oh mein Gott; Ich habe gerade herausgefunden, warum meine Durchgangstests beim ersten Mal fehlgeschlagen sind ... es sieht so aus, als hätte eine der Sonden an meinem Messgerät eine unterbrochene interne Verbindung, wodurch es empfindlich auf den Winkel reagiert, in dem es gehalten wird ... schlechte Kombination, wenn man es mit dem Schein betrachtet unsichtbare Verbindung, die tatsächlich auf der Platine ist. Argh. Zeit für Videospiele und Katzen, ich komme morgen darauf zurück. Ich bin gebraten.
Fwiw, ich habe das TV-Modell herausgefunden und konnte das richtige Servicehandbuch finden. Keine relevanten Unterschiede. Ich habe die Links und Bilder jedoch aktualisiert.

Antworten (2)

Danke für eine gut präsentierte Frage.

Seite 19 des referenzierten TI-Datenblatts schlägt vor, dass die Ausgangsfilterung optional ist. Abhängig vom Zielmarkt und der genauen Anwendung hat Sony festgestellt, dass dies nicht erforderlich ist. Möglicherweise haben sie eine Gleichtaktdrossel an den Lautsprecherkabeln angebracht. Fernseher sind ein Massenprodukt und kostenintensiv für spezifische Märkte. Wenn sie eine Komponente eliminieren können, werden sie es tun.

Die Filterung dient EMV-Zwecken und beeinträchtigt nicht den normalen Betrieb des Chips.

[Bearbeiten] Wenn die Schaltung perfekt ausgeglichen wäre, wäre die Spannung zwischen den beiden Kondensatoren 0. In einer realen Schaltung mit realen Komponenten wäre dies möglicherweise nicht der Fall, sodass durch diesen Punkt Ströme fließen würden. Das hat möglicherweise ein EMV-Problem verursacht, also haben sie den Track gelöscht. EMV ist ein bisschen wie eine schwarze Kunst – alles basiert auf grundlegender Physik, aber aufgrund der Anzahl von Variablen ist es keine einfache Aufgabe, alles zu modellieren. Jede Leiterbahn hat Induktivität, Kapazität und Widerstand, ebenso wie jeder Draht und jede Komponente. Eine kleine Änderung kann eine erhebliche Änderung der EMV-Leistung bewirken. Erfahrene Personen können sich die Ergebnisse des Spektrumanalysators ansehen und abschätzen, was eine Spitze bei einer bestimmten Frequenz verursachen könnte.

Ich markiere das als richtig. Obwohl mit der Prämisse meiner Frage etwas nicht stimmt, haben Sie die Auswirkungen dieses Grundes und Zwecks dieses Teils der Schaltung, der der andere große Teil meiner Frage war, gut beschrieben. Danke!

Ich möchte hinzufügen, dass die fehlenden geerdeten C-Anschlüsse viel kleiner sind als das Datenblatt von TI, aber in unmittelbarer Nähe der Aluminium-Rückplatte vorhanden sind, die zur EMI-Unterdrückung an der Leiterplattenmasse angebracht ist, und daher eine äquivalente Schaltung haben, wenn Sie auch eine ähnlich geerdete Rückplatte verwenden .

Wenn die Schaltung durch eine gute Komponenten- und parasitäre ESL-Anpassung ausgeglichen ist, dann ist dieser Knoten 0 V und es fließt daher wenig Strom bei Audiofrequenzen, und nur die Gleichtaktschaltung f & Harmonics benötigen nur ein kleines C zur Masseebene.

Schöne Fotos. Analyse erfordert Testerfahrung für parasitären ESL (~8 nH/cm) Layout-Abgleich und Kopplung an Masseebene ~1 pF pro mm^2 <1 mm Abstand.

Bitte überprüfen Sie meine Annahmen.

Ach, ordentlich. Das macht absolut Sinn. Die Ausgangsspuren befinden sich auf beiden Seiten der Platine in der Nähe der Massespuren, und die IIRC-Rückplatte war nur wenige mm von der Platine entfernt . Ich habe in meinem Setup jedoch keine Backplate verwendet; aber ich habe immer noch das meiste Chassis vom Originalfernseher, und eine erneute Abschirmung ist wahrscheinlich sowieso eine gute Idee.
Eine Sache, über die ich mich jedoch gewundert habe, ist, wozu diese großen Lotklumpen gut sind ? Sind sie damit verwandt? (Wenn es beteiligt ist oder sie nichts miteinander zu tun haben, werde ich eine neue Frage dazu stellen.)
Diese werden normalerweise in Stromkreisen verwendet, um den Widerstand der Strecke zu verringern. Es könnte auch sein, eine Reihe von "Klumpen" zu erzeugen, um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass die Spur mitschwingt. Ich kann nicht sagen, dass ich solche Dinge selbst gemacht habe.
@Kartman Interessant; Danke. Die Streifen, die die große Massespur auf der Rückseite durchschneiden, befinden sich direkt gegenüber der Ausgangshälfte des Chips. Ich frage mich, ob das Zufall ist oder ob es dort einen Einfluss auf die Kapazität hat. Übrigens, werden solche großen Blobs jemals verwendet, um die Leiterplatte physisch zu stabilisieren ...? Ich versuche darüber nachzudenken, warum dieser Satz dort sein könnte, wo er ist, und wenn dieser Chip eine anständige Menge an Wärme abgibt, sind sie vielleicht auch da, um die Platine zu versteifen – oder einfach nur Wärme abzuleiten – also Wärmeausdehnung auf einer Seite verzieht sich die Platine nicht / ermüdet die Lötstellen? Oder passiert das nicht...
@JasonC Die Blobs sind ein normales Ergebnis einer Lötschablone, bei der Paste auf die gesamte Platine "siebgedruckt" aufgetragen wurde, aber Teile, die aus dem Build ausgeschlossen wurden, dann zu einem Blob aufgeschmolzen wurden. kein Problem. Fehlerhafte Sonden sind ein Furz der Natur, kalibrieren Sie Ihre Sonden immer vor der Verwendung mit DC, von denen Sie wissen, dass sie vorhanden sind, oder mit Rechteckimpulsen für DSO
@TonyStewartEE75 Danke für deine Zeit, sehr geschätzt. Auch wenn diese Gründe miteinander verbunden zu sein scheinen (und ich werde nachts nicht schlafen können, bis ich herausgefunden habe, wie, lol), habe ich hier trotzdem eine Menge gelernt. Frohes Neues Jahr!
Bei mehr als 2 Lagen sind Blind Vias und Blind Traces möglich
Ja, und das war mein erster Gedanke. Aber es gibt starke Beweise dafür, dass es nur 2 Schichten sind: (1) Ich habe dies mit einer Bandsäge von der Hauptplatine geschnitten und nur zwei Schichten an dieser Grenze gesehen; (2) Ich bin in der Lage, jede Verbindung auf dem Schaltplan mit den sichtbaren PCB-Spuren zu erklären, mit Ausnahme dieser Masse (ich habe sorgfältig jede Komponente in der Verstärkersektion sowie den Hauptaudioprozessor und den Aux-Verstärker überprüft); (3) die PCB-Layouts des Service-Handbuchs auf Seite 54 zeigen keine Hinweise auf Sacklöcher/Leiterbahnen; und (4) es wäre trivial, diese zur Bodenspur zu leiten. So...
... angesichts der Tatsache, dass Kostensenkung wichtig ist, wäre es nicht seltsam, eine weitere Schicht nur für ein oder zwei Gründe zu haben? Vor allem solche, die einfach auf der bestehenden (Front-)Schicht angeschlossen werden könnten? (PS Ich habe das richtige Servicehandbuch gefunden; es gibt keine interessanten Unterschiede. Ich habe die Links in der Frage jedoch aktualisiert.) Like; Vielleicht hat es eine andere Ebene, aber intuitiv scheint das eine super seltsame Wahl zu sein ... richtig?
Die Kosten für EMI-CM-Drosseln und Kunststofffilterkappen müssen mit den Kupferkosten verglichen werden, die für eine hohe EMI-Erzeugung des Klasse-D-Ausgangs berücksichtigt werden müssen.
Macht Sinn, oder zumindest bin ich mir sicher, dass alles, was sie getan haben, einen guten Grund hatte. Fwiw ein hastig bearbeitetes Video, das den Querschnitt an den Rändern zeigt (ich habe einige Aufnahmen gefunden, als ich es geschnitten habe). Danke noch einmal. Ich werde das weiter untersuchen und eine neue Frage stellen, wenn ich etwas Seltsames entdecke. ✌
Gut . 2L . Ich habe vergessen, ob es ein technisches Problem mit Ton oder EMI oder einfach nur Neugier gibt. Meine Theorie ist, dass die 1uF-Kappen schlimmer fehlangepasst sind als die Leiterbahnen und die Induktivität, sodass eine schwebende Masseebene zu einem Strahler wird, wenn die Kappen geerdet sind, während eine Erdung sie von niedriger Impedanz unterdrückt 🛠⚙️🔫🧲💊🚬⚰️🎉🎉🎉🎉🎉🎉🎉🎉 Happy '22
Haha danke. Der Vorstand: Geräuschprobleme -> Neugier. Es ist beunruhigend empfindlich gegenüber Streukapazitäten am Eingang. Ich glaube tatsächlich, ich weiß, was das Problem ist (es befindet sich im Eingabebereich; Thema für einen anderen Beitrag). Aber das erste, was ich tat, war, alle Gründe auf der Platine nachzuverfolgen, nur um sicherzustellen, dass ich nicht versehentlich einen Teil isolierte, als ich die Platine schnitt. Da bemerkte ich die seltsamen Gründe in dieser Frage. PS 🎊💃💃💃🎊
Wenn Sie FG in der Nähe haben, verdrahten Sie es mit einer Plastikkappe mit der Anschlussplatte . Ihr 100-pF-Finger hat eine 100-nF-Körperantenne, die Efield mit hoher CM-Impedanz injiziert. Eine Rahmenerdungs-FG-Kappe wird diese 100 pF leicht wie 10 bis 100 nF oder so überbrücken. Natürlich können Sie PE Gnd auch direkt anschließen, aber um im Falle eines inneren Fehlers sicher zu sein, benötigen Sie aufgrund der unsymmetrischen Quellenimpedanz eine Serienkappe zum Shunt-Feldrauschen der Leitung E. Fügen Sie dies also Ihrer Backplate hinzu.
Auswirkung von (möglicherweise fehlender) Erdung im Ausgangskreis der Endstufe
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v