Wählen Sie die richtige Erdung, wenn Sie mehrere LDO-, Buck-, Buck-Boost- und Invering-Regler verwenden

Ich bin ein wenig ratlos, wie man Masseschleifen vermeidet. Ich muss eine Verbindung zu einer überwiegend analogen externen Komponente herstellen, die VCC_12V, VCC_5V, VCC_3V3, VCC_N7V ( − 7.0 v ) und GND. Ich gehe davon aus, dass die externe Komponente alle Versorgungen auf GND zurückführt.

Um diese Spannungen zu liefern, habe ich jedoch Regler entwickelt, die ruhige analoge Spannungen mit LDOs liefern, die Buck-, Buck-Boost- und invertierenden Schaltreglern folgen. Aufgrund der unterschiedlichen Spannungen sind die Masseausgänge zwangsläufig für jede der Spannungen unterschiedlich.

Unten habe ich angegeben, warum es eine Schleife geben würde, wenn ich die Rückleitungen der Lieferungen verbinde.

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Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Sinnvoll wäre es, die Masse der externen Komponenten mit der Masse meiner Stromquelle zu verbinden (wie angegeben), aber ich befürchte, dass es zu viel Rauschen gibt, da jetzt die Rauschspuren in den Spannungspegeln enthalten sind.

GND in einem Schaltplan ist nur ein Punkt, den wir (mehr oder weniger) willkürlich gewählt haben, um alle Spannungen zu referenzieren und als absolut und stabil zu betrachten; In einer echten Leiterplatte ist GND jedoch eine komplexe Kupferform, bei der Ströme auf allen möglichen Wegen fließen, wodurch alle Punkte eine unterschiedliche Spannung haben. Finden Sie heraus, wo diese Ströme sind und wo die Spannungen über den idealen GND angehoben werden, und vermeiden Sie diejenigen, gegen die Spannungen referenziert werden, das ist die Hälfte der Vermeidung solcher Probleme.
Ja, der Leiterbahnwiderstand repräsentiert im Grunde den Spannungsabfall auf der Platine durch schnelles Schalten in den Wandlern. Danach kommt der LDO und dann zwei Ausgänge (VCC und GND). Aber ich kann die 4 GNDs nicht miteinander verbinden, um die externe Komponente anzuschließen.
Ich stimme PlasmaHH nicht wirklich zu. Der Boden ist ein Ort, den Sie bewusst wählen sollten, um Erdschleifen und andere Spielereien zu vermeiden. Es ist immer nur dort, wo Sie es messen, wirklich 0. In einem Sternerdungsparadigma misst du das Zentrum des Sterns.
Es gibt keine „wahre Masse“, jeder einzelne Punkt auf diesem Planeten hat eine Art „Gleichtakt“-Spannung, die aus dem Rückstrom erzeugt wird, der durch das Material fließt, durch das er fließt, um zu seiner Quelle zurückzukehren. Sofern Sie keinen Supraleiter verwenden, ist das Potential der zu messenden Erde etwas höher als die örtliche Erdung (die Erde ist nicht einmal Null, sie variiert je nach Standort). Ingenieure sollten das Problem minimieren und für ihre Anwendung vernachlässigbar machen.
Ein erwähnenswerter Ansatz (zum Schutz von Signalen vor Masseschleifen) sind symmetrische Leitungen. Eine unsymmetrische Signalübertragung ist anfällig für Masseschleifen, da das Signal an beiden Enden auf Masse bezogen ist und die beiden Leitungen unterschiedliche Impedanzen haben, sodass alle Streuströme, die gleich sind, ungleiche Spannungen verursachen.
@Kaz Ja, wenn ich die externe Last neu gestalten könnte, würde ich sicherstellen, dass sie separate Renditen hat.

Antworten (2)

Schaltregler erzeugen hohe pulsierende Masseströme, daher sollte ihre Masse nahe an der Versorgung angeschlossen und nicht mit anderen Schaltkreisen geteilt werden. Wenn die Last entfernt ist, kann ihre Masse aufgrund ihrer eigenen Stromaufnahme eine Potentialdifferenz entwickeln, sie wird jedoch nicht durch den Schaltregler gestört.

Linearregler mit 3 Anschlüssen geben nur einen kleinen konstanten Strom an ihren Erdungs- (oder Einstell-) Anschluss ab. Da der Masseanschluss zum Erfassen der Ausgangsspannung verwendet wird, sollte er so nah wie möglich an der Masse der Last angeschlossen werden. Mit dieser Verbindung ist die Ausgangsspannung des Reglers an der Last stabiler und leidet nicht unter Rauschen im Erdungskabel zwischen Last und Stromversorgung.

Ihr Layout sollte also so aussehen: -

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Masseschleifen sind aus mehreren Gründen ein Problem. Schleifen, wie Sie bereits erwähnt haben, sind ein Grund, es ist eine großartige Möglichkeit, das Design in eine Antenne zu verwandeln. Dies ist schlecht, wenn Sie versuchen, eine FCC-Vorschrift zu erfüllen, oder wenn Ihr Design anfällig für EMI ist. Minimieren Sie den Schleifenbereich so weit wie möglich. Wenn EMI immer noch ein Problem darstellt, versuchen Sie, die Induktivität der Schleife auf der nicht geerdeten Seite mit Ferriten zu erhöhen, um Hochfrequenzrauschen zu blockieren.

Ein größeres Problem kann Gleichtaktrauschen sein.

Wenn Sie sich diese Abbildung aus Electromagnetic Compatibility Engineering von Henry W. Ott ansehen, können Sie sehen, warum dies ein Problem wäre. Der Strom von den „vorgeschalteten“ Reglern erhöht die Spannung an den nachgeschalteten Reglern.

Aus der Technik der elektromagnetischen Verträglichkeit.

Eine größere Frage ist, wird sich dies auf das Design auswirken? Es hängt von den Strömen und der Impedanz ab. Es hängt auch davon ab, welche anderen Schaltkreise Sie haben und ob sie empfindlich auf Erdungsänderungen reagieren. Wenn Sie versuchen, Millivolt in Mikrovolt zu messen, könnten Sie Probleme haben. Wenn Ihre Schaltung rein digital ist, ist ein gewisses Gleichtaktrauschen möglicherweise kein Problem. Verwenden Sie Gleichung 3-4 (finden Sie eine ähnliche Gleichung und ein ähnliches Diagramm), messen Sie entweder das Grundrauschen oder finden Sie es in einigen Datenblättern.

Wenn sich die Masseströme nicht ändern, ist die Spannung, die beiden Reglern gemeinsam ist, konstant. Wenn es konstant ist, kann es kein Problem sein. (Dies wäre unwahrscheinlich, ich kenne nur wenige Schaltungen, die heutzutage konstante Lasten ziehen)

Die Minimierung der Impedanz des Kabels zwischen den Reglern hilft, indem die Spannung durch den Widerstand des Kabels reduziert wird. Das Ändern der Drahtgröße auf eine größere Größe würde helfen, die Verringerung der Drahtlänge würde helfen.

Das Vertauschen der Reihenfolge der Geräte in Reihe kann auch den Strom ändern, der durch jeden Kabelabschnitt fließt, was ebenfalls hilfreich sein kann.

Wenn diese Optionen fehlschlagen, müssen Sie möglicherweise zu einer Multipunkt-Erdung oder einer Kombination aus beiden wechseln.

Wählen Sie die richtige Erdung, wenn Sie mehrere LDO-, Buck-, Buck-Boost- und Invering-Regler verwenden
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