Erdungsschema für externe Stromversorgung

Im Folgenden sind zwei mögliche Erdungsschemata für ein empfindliches Instrument aufgeführt, das analoge Schaltkreise mit hoher Verstärkung und potenziell verrauschte digitale Schaltkreise enthält:

Diese Schaltung ist über ein 1 m langes Kabel mit einer externen Stromversorgung verbunden. Es gibt 3 separate Masseleiter im Kabel, das zurück zur Sternmasse der externen Stromversorgungsplatine führt.

Das Schema in der ersten Abbildung oben weist ein Problem auf. Das digitale Rauschen kann stark genug sein, um in die analoge Schaltung einzudringen. Ursprünglich hatte ich die Theorie aufgestellt, dass mit einem großen Bypass-Kondensator, der nahe an der Masse der digitalen Schaltungen angeschlossen ist, jegliches Rauschen minimal wäre und die analoge Schaltung unbeeinflusst bleiben würde. Normalerweise funktioniert das, weil die analoge Masse einen eigenen Leiter hat. Leider stimmt das nicht immer. Insbesondere ein LED-Treiber (wie CAT4016 oder TLC5925) kann sehr scharfe Ströme erzeugen. Keine Menge oder Kombination lokaler Umgehung scheint einen großen Einfluss auf die von diesen Chips erzeugten Spannungsspitzen zu haben. Wenn ich die LEDs entferne und die digitale Kommunikation verlasse, gibt es kein Rauschen. Die Last der LEDs erzeugt jedoch große 100-mV-Spitzen im Erdungskabel der Stromversorgung.

In der zweiten Abbildung oben erhält die digitale Masse einen eigenen dedizierten Leiter. In diesem Fall ist das Problem des digitalen Rauschens vollständig gelöst. LED-Treiber und digitales Rauschen sind vollständig isoliert. Meine Testschaltung hat ein SNR von mehr als 100 dB und ich vermute, dass es besser ist, aber mein Analysator ist ein billiges Codec-in-a-Box-Ding, das mit 5 V läuft, sodass sein Dynamikbereich begrenzt ist.

Hier ist jedoch das Problem:

Um der digitalen Erdung einen eigenen dedizierten Leiter zu geben, habe ich die Chassis-Erdung auf die Stromerdungsleitung verschoben. Eine elektrische Entladung in das Gehäuse führt also zu einer erheblichen Spitze in der Erdung der Stromversorgung. Außerdem ist die Stromversorgungsmasse möglicherweise eine Rauschquelle, die durch Abschirmungen und benachbarte Leiterbahnen in die analoge Schaltung eingekoppelt werden könnte.

Die Frage ist also, ist es eine gute Idee, die Stromerde mit der Gehäuseerde zu teilen? Das Gehäuse wäre tatsächlich über diesen Leiter geerdet. Es sollte nur Power-Bypass-Kondensatoren und möglicherweise einige größere AC-Ströme haben. Aber es sollte kein DC geben.

Hinweis: In der Abbildung sind nur Erdungskabel dargestellt. Das Kabel hätte natürlich andere Stromdrähte, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass das Problem mit der Erdung zu tun hat und daher nur die Erdungsnetzwerke in den Abbildungen gezeigt werden. Es gibt also zahlreiche andere Stromleitungen, die weggelassen wurden.

Also was denkst du? Ist es in Ordnung, die Stromerde als Gehäuseerde zu verwenden?