PCB-Design/Erdung: Rauschen minimieren

Nun, Ihr Problem beginnt auf der FPGA-Platine, da DAC und ADC Module sind, dann sind Anschlüsse mit schnellen Signalen beteiligt, sodass zwischen den beiden Massen Ihrer DAC- und ADC-Module Rauschen auftritt.

Dieses Rauschen ist proportional zur GND-Impedanz an Ihren Anschlüssen. Wenn die Anschlüsse 0,1-Zoll-Stiftleisten mit 1 Erdungsstift sind und der Rest schnelle digitale Signale sind ...

Du könntest ein Bild davon posten.

Wenn es sich bei der +/- 7-V-Versorgung nicht um eine Schaltversorgung handelt, sondern nur um einen guten alten Transformator oder eine Tischversorgung, erhalten Sie einen Gleichtaktstrom von 50 bis 60 Hz und Oberwellen, der durch Ihre Leiterplatte und Kabel fließt, aber dies ist der Weg außerhalb Ihres Frequenzbandes, also kein Problem.

Ihr gesamtes Board ist analog, also gibt es kein PGND und AGND. Denken Sie nur daran, dass die Ausgangsspannung Ihrer LDOs 5 V beträgt, bezogen auf ihren GND-Pin . Daher erscheint Rauschen auf GND, wo der LDO platziert ist, auf der Ausgangsspannung. Daher sollte sich der LDO auf demselben Boden wie die Lasten befinden, nicht in einer separaten PGND-Domäne.

Wenn Sie einen Gleichtaktfilter an Ihren +/- 7-V-Eingang kleben möchten, können Sie dies tun, aber für mich wäre Rauschen zwischen der ADC- und DAC-Masse hier das wahrscheinlichste Problem.

Das erste Problem ist, dass ich eine Masseschleife erzeuge, nicht wahr?

Eigentlich hast du mehrere:

• Netz - +/-7V-Versorgung - Ihre Masseebene - die Koaxe - FPGA-Platine - ihre Versorgung - Netz

Dieser wird Ihnen Schmerzen bereiten, wenn das FPGA von einem Umschalter mit Strom versorgt wird, der Tonnen von Gleichtaktabfall erzeugt. Verwenden Sie also einen von guter Qualität. Auch wenn die FPGA-Karte mit anderen Geräten (wie einem PC, einem Videobildschirm usw.) verbunden ist, können sie auch Gleichtaktströme einspeisen. Der Grund, einen Gleichtaktfilter am +/-7-V-Eingang anzubringen, besteht also nicht darin, Rauschen von der +/-7-V-Versorgung zu blockieren, sondern diese Schleife bei HF zu unterbrechen.

• Die andere Masseschleife ist diejenige, die von den 2 Koaxialkabeln, Ihrem Board und dem FPGA plus seinen Modulen gebildet wird, und diese wird wahrscheinlich böse sein.

Ich würde so vorgehen: Nehmen Sie eine Platine ohne Platine und löten Sie die Masse der ADC / DAC-SMA-Anschlüsse direkt darauf. Ich weiß nicht, ob das möglich wäre, ein Foto würde helfen. Dies würde eine schöne niederinduktive Masseverbindung zwischen beiden Modulen ergeben, und der Shunt verhindert, dass Strom aufgrund ihrer unterschiedlichen Massepotentiale in Ihre Platine fließt, er fließt stattdessen durch das Bit der leeren Leiterplatte.

Sie können auch Löcher in diese leere Platine bohren, die Steckverbinder durchschieben und verlöten.

In diesem Szenario hat die unbestückte Leiterplatte die gleiche Rolle wie das Metallplattending auf der Rückseite eines Desktop-PCs: Es verbindet alle Abschirmungen aller Anschlüsse mit ultraniedriger HF-Impedanz.

Wenn Sie Ihre kostbaren Module nicht verlöten möchten, besorgen Sie sich Kupferband mit Leitkleber, aber das hat natürlich einen höheren Widerstand. Oder Sie könnten einige SMA-SMA-Schottverbinder wie diese unten anbringen oder Koaxialkabel mit Schottverbindern verwenden, was auch immer Ihr Boot schwimmt, wichtig ist, dass die ADC- und DAC-Erdungen mit viel Kupfer zusammengenagelt sind, weil ein großes Leiterblech hat eine viel geringere Induktivität als ein Stück Draht ...

Sie können auch Ferritkerne auf Ihre Koaxialkabel setzen, wenn Sie sich besonders paranoid fühlen.

Wie kann ich PGND und AGND trennen?

Sie tun es nicht, es gibt kein PGND, es sei denn, Sie haben uns nichts über die 20-Ampere-Motorsteuerung auf derselben Platine erzählt?

Ich verwende eine 2-Layer-Leiterplatte.

AH KOMM

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Ihre Leistung wird also geringer sein, Sie werden 10 Stunden damit verbringen, an diesem Layout zu arbeiten, da es sich um Operationsverstärker handelt, sodass jeder von ihnen zwei Netzteile benötigt ... während Sie bei 4 Schichten nur zwei Leistungsebenen einsetzen ... um 36 zu sparen Dollar?

Außerdem mögen schnelle Opamps ihre Netzteile wirklich gut entkoppelt und ohne Klingeln, und Power Planes tun das, während Keramikkappen, die mit langen induktiven Wicklungsspuren verbunden sind, viel Klingeln erzeugen.

Kann ich die obere Schicht einfach für Signal- und Stromführung verwenden, den freien Raum mit Masse füllen und die untere Schicht als Erdungsschicht mit niedriger Impedanz verwenden?

Die Hauptanwendung von gemahlenen Aufgüssen auf toplayer ist:

• Vergessen Sie, ein dediziertes GND-Via für eine Komponente zu verwenden, die wirklich eine benötigt (wie den AGND-Pin an einem ADC), und erhöhen Sie das Rauschen.
• Massegüsse sind böse, da sie den sehr empfindlichen GND-Pin Ihres Rückkopplungswiderstands mit dem verrauschten GND-Pin einer Entkopplungskappe in der Nähe verbinden. Angenommen, Ihr Operationsverstärker ist für eine Verstärkung von +10 verdrahtet, dann wird jedes Rauschen am GND-Pin des Rückkopplungswiderstands ebenfalls um das 10-fache verstärkt ...
• Sie erhöhen auch das Übersprechen zwischen Signalen (es sei denn, Sie heften sie mit Tonnen von Durchkontaktierungen an die Grundebene).

Erdgüsse auf toplayer müssen sterben, es sei denn, sie werden wirklich benötigt.

Angenommen, Ihr Operationsverstärker zieht 20 mA bei 10 MHz, um 1 V in 50 R zu treiben, seine Ausgangsstufe ist daher in Klasse B vorgespannt, und seine Versorgungsströme sind Halbwellen-gleichgerichtete Bilder des Ausgangsstroms mit Tonnen von hohen Oberwellen. Jetzt setzen Sie natürlich 1 Entkopplungskappe pro Stift, aber sagen wir, Sie haben vergessen, sie richtig zu platzieren (dh mit ihren Erdungen zusammen), dann wird dieser verzerrte Strom in Ihre Erdungsebene eingespeist ...

Und ich vergaß, aber ein weiterer Vorteil von Power Planes ist, dass die verzerrten Ströme, die in Ihren Versorgungsspuren fließen, sich nicht magnetisch mit allem anderen koppeln ...

Wenn wir nun 1 nH über die Induktivität an der Entkopplungskappe haben, sind dies bei 20 mA 10 MHz 1,2 mV, der Operationsverstärker hat eine Verstärkung von 10, also 12 mV am Ausgang, was 1 V entspricht, sodass Sie aufgrund des Erdungsgusses eine Verzerrung von 1,2% erhalten.

Auch auf 4-Lagen liegt die Masseebene 0,2 mm unter dem Spieler, was bedeutet, dass ein Masse-Via viel weniger Induktivität hat, als wenn es ganz durch die Platine gehen müsste ...

Und Sie machen keine Löcher in die Masseebene für Leiterbahnen, außer unter den Rückkopplungsknoten Ihres Operationsverstärkers, um parasitäre Kapazitäten zu reduzieren.

Außerdem, wie werden die Stromspuren und Signalspuren geroutet?

Tada! Zwei Power Planes, Power Routing ist fertig, 4 Stunden sparen für 36 $, ich denke, es ist ein guter Kompromiss ...

Das erste Problem ist, dass ich eine Masseschleife erzeuge, nicht wahr? Wie kann ich PGND und AGND trennen?

Die erste Frage, die Sie sich stellen sollten, ist: Ist es ein Problem? Erdschleifen verursachen im Allgemeinen Probleme aufgrund von Gleichtaktrauschen von zusätzlichen Erdströmen, die auf der Schleife fließen. Diese Ströme werden verursacht durch 1) das Bilden einer Schleife 2) magnetische Ströme, die durch die Schleife fließen. Da der Strom von externen Quellen kommt, könnte der Schleifenbereich ziemlich groß sein. Die Potentialdifferenz auf dem Gelände kann auch ziemlich groß sein, Spannungsgradienten erzeugen und Rauschen in Ihre ADC-Messungen einspeisen.

Sie sollten versuchen, die Masse zu trennen, wenn Sie glauben, dass durch das Teilen der Masse Rückströme auf der Masse und das Rauschen, das Ihre ADCs beeinträchtigen kann, reduziert werden

Oder sollte ich stattdessen einfach eine gemeinsame Basis verwenden? Ich verwende eine 2-Layer-Leiterplatte. Und wo soll ich das Gelände anschließen?

Kann ich die obere Schicht einfach für Signal- und Stromführung verwenden, den freien Raum mit Masse füllen und die untere Schicht als Erdungsschicht mit niedriger Impedanz verwenden?

Oft ist es am besten, einen Stapel wie diesen zu verwenden:

1) Signal
2) Masse
3) Leistung
4) Sonstiges

Wenn das Signal und Masse nebeneinander liegen, ergibt sich eine geringe Kapazität und ermöglicht die Verwendung von Übertragungsleitungen auf der obersten Signalschicht.

Wenn ja, wo sollten diese Erdungen angeschlossen werden?

Die Masse sollte in der Nähe der Platinen liegen, da Sie eine Magnetschleife von der analogen Platine zur digitalen Platine, der Masse und zurück zur analogen Platine machen. Stellen Sie sicher, dass die Schleife so niederohmig wie möglich ist, um Gleichtaktprobleme zu vermeiden.

Außerdem, wie werden die Stromspuren und Signalspuren geroutet? Muss ich mich darum kümmern?

Diese Frage ist sehr anwendungsspezifisch. Ich würde mir ein EMC-Buch besorgen, um zu sehen, welche Möglichkeiten es gibt. Da Ihr Frequenzbereich unter 50 MHz liegt, werden keine Übertragungsleitungen benötigt.

Ich denke, Sie können eine Schaltung wie diese verwenden ((ACM4532) elektromagnetisches Rauschen filtern).

oder so etwas ((NFE61PT102E1H9) elektrostatisches Rauschen filtern):