Erdung für EMI und Signalintegrität – LED-Matrix-Multiboard-Design

Ich möchte eine LED-Matrix-Schaltung wie diese implementieren , bei der sich die in den blauen Punkten eingeschlossene LED-Matrix auf einer separaten Leiterplatte befindet als der Rest der Schaltung.

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Da es sich um ein Multiboard-Design handeln wird, bin ich verwirrt, ob Erdungsleitungen zwischen der Matrixplatine und der Hauptplatine verlegt werden sollten, um vor EMI und Signalintegrität zu schützen, wie dies in den Antworten hier und hier sehr gut vorgeschlagen wird .

Wenn die Platinen überhaupt keine Masse teilen, fließen die Rückwege direkt zwischen den Schieberegistern und der MCU in der Grundebene der Hauptplatine (nicht der Matrixplatine). Was das System natürlich nicht vom Betrieb abhält, aber riesige Stromschleifen erzeugt.

Fragen:

1) Wird ein sehr schnelles Multiplexen der LEDs im Array in Bezug auf seine Ströme als "Hochfrequenz" betrachtet, so dass die Rückströme den Weg der geringsten Impedanz unter den Zeilen und Spalten wählen?

2) Soll eine Massespur pro Signal (in diesem Fall pro Zeile oder pro Spalte) in den Anschlüssen zwischen Matrixplatine und Hauptplatine hinzugefügt werden?

Danke

EDIT: Das Design wird so angepasst, dass anstelle eines Schieberegisters zwei Multiplexer verwendet werden, um zwischen Zeilen und Spalten umzuschalten und eine bestimmte LED auszuwählen. Wahrscheinlich der ADG704 wegen niedriger Ton = 20 ns. Dies verdeutlicht hoffentlich, in welchem ​​​​Frequenzbereich ich erwarte, dass das System arbeitet.

"... Wenn die Platinen überhaupt keine Masse teilen ..." - die GND auf U1 und die GND auf MCU1 sind aber sicherlich gemeinsam? Wenn nicht, wird es nicht funktionieren.
@Oliver mcu1 und u1 haben Gemeinsamkeiten, ja, sie befinden sich im selben Board. Es wird jedoch kein Massesignal an die Matrixplatine weitergegeben.
Muss dies behördlich passieren? Was meinst du mit hoher Geschwindigkeit?
Hey @laptop2d, mit hoher Geschwindigkeit meine ich, dass die MCU das Schieberegister so schnell wie möglich taktet und daher der Strom durch verschiedene Spalten oder Zeilen als Folge sehr schnell von 0 auf 3,3 V übergeht. (Ich weiß im Moment nicht über bestimmte Frequenzen, aber nehme einfach so hoch wie möglich an). Regulatorisch meinen Sie einen LDO? Die Hauptplatine (MCU + Schieberegister) wird von einem 3,3-V-LDO versorgt.
Mit „Vorschriften“ meint er die gesetzlichen Vorschriften für EMV (elektromagnetische Verträglichkeit) usw. Gibt es einen bestimmten Grund, warum Sie „so schnell wie möglich“ multiplexen? Normalerweise würden > 120 Hz jedes visuelle Flimmern eliminieren, oder nicht?
@Transistor ohh ich verstehe. Nein im Moment nicht, obwohl ich für EMV so designen möchte, als ob es gehen würde.
Und der Grund für "so schnell wie möglich"? (Möglicherweise haben Sie die Bearbeitung meines vorherigen Kommentars verpasst.)

Antworten (1)

1) Wird ein sehr schnelles Multiplexen der LEDs im Array in Bezug auf seine Ströme als "Hochfrequenz" betrachtet, so dass die Rückströme den Weg der geringsten Impedanz unter den Zeilen und Spalten wählen?

Zunächst einmal kann der Uno bei etwa 30 MHz schalten (mit einem Funktionsaufruf, wenn Sie Funktionsaufrufe eliminieren, kann es schneller gehen). Dies nähert sich dem Hochfrequenzbereich, da Kapazität und Induktivität die Anstiegszeit des Signals begrenzen werden. Es hängt davon ab, wie es verdrahtet ist, und je besser der Weg zurück zur Erde ist (durch Minimieren der Induktivität), desto bessere Anstiegszeiten und Signalisierungen erhalten Sie. Ich würde erwarten, dass dieses Setup mit Überbrückungskabel der Induktivität des Steckbretts ähnelt und eher maximal 10 MHz entspricht. Bei höheren Frequenzen als 30–50 MHz werden Übertragungsleitungen und eine solide Erdungsebene darunter (oder differenzielle Signalisierung) erforderlich.

Wenn man sich den 74HC595 ansieht, beträgt die maximale Geschwindigkeit, die er unterstützen kann, 5 MHz. Dies wird also der Begrenzer Ihres Designs sein. Ich glaube nicht, dass Schaltungsparasiten Sie beeinträchtigen werden.

2) Sollte eine Massespur pro Signal (in diesem Fall pro Zeile oder pro Spalte) in den Anschlüssen zwischen Matrixplatine und Hauptplatine hinzugefügt werden?

Wahrscheinlich nicht notwendig bei 5 MHz. Worauf Sie achten müssen, ist der Erdungsrückweg zurück zur Quelle des 74HC595. Stellen Sie sicher, dass die Erdung an der Verkabelung fest ist (weniger als 100 mΩ). Stellen Sie sicher, dass das Schieberegister eine gute Filterkappe hat.

Danke für die Antwort. Ich werde wahrscheinlich das Schieberegister gegen einen schnelleren Multiplexer mit einer Anstiegszeit von etwa 20 ns austauschen und auch einen STM32F4 verwenden, sodass ich definitiv 30 MHz überschreiten werde. Zu Ihrem zweiten Punkt, ja, ich werde versuchen, eine möglichst ununterbrochene Grundebene zu haben. WARUM haben Sie betont, wie wichtig es ist, dass die Verkabelung unter der Schaltreg. weniger als 100 mΩ beträgt?
Denn bei großen Schaltströmen könnte es zu Gleichtaktstörungen kommen. Wenn das Kabel beispielsweise 2 Ω und 5 mA x 8 = 40 mA hätte, könnte es bei mehreren eingeschalteten LEDs zu einem geringfügigen Helligkeitsunterschied für alle führen.
Erdung für EMI und Signalintegrität – LED-Matrix-Multiboard-Design
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