Ich habe mich schon eine ganze Weile gefragt, ob es eine gute Praxis ist, zwei Platinen miteinander zu verbinden (die von derselben Stromversorgung versorgt werden, obwohl jede ihren eigenen Regler hat), Masseverbindungen zusammen mit den digitalen Verbindungen zu senden.
Zum Beispiel hatte ich eine Platine, die einen AVR-Atmega-Mikrocontroller enthielt (der einen externen ADC steuert), der direkt an einen FTDI-USB-zu-Seriell-Konverter angeschlossen war. Das hat gut funktioniert. Jetzt teile ich die Platinen in eine ADC-Platine mit den Micro+ADC-Komponenten und eine Platine, die nur den FTDI-Chip enthält. Die Anschlüsse auf diesen Platinen sind Schraubklemmen, und ich werde SIP-Pins verwenden, um die Klemmen anstelle von Kabeln miteinander zu verbinden. Dies stellt die minimale Distanz sicher, die das logische Signal 8 zwischen den Platinen zurücklegen muss. Die Anstiegszeit dieser Signale liegt in der Größenordnung von ns und läuft bei 1 MHz.
Die Frage, die ich habe, ist, ob es eine gute Praxis ist, mehr Pins für Masseverbindungen zwischen Platinen hinzuzufügen. Ich verstehe, dass die Kopplung zwischen den Pins verringert und bessere Erdungsrückpfade bereitgestellt werden, wenn jedem digitalen Pin ein eigener Erdungspin gegeben wird. Dies erhöht jedoch die Anzahl der Pins. Außerdem mache ich mir Sorgen, dass es Geräusche zwischen den Platinen zurückkoppelt.
Früher hatte ich beim Senden von Drähten zwischen anderen Platinen eine kapazitive Kopplung zwischen ihnen. Also versuche ich herauszufinden, was die Standardpraxis für eine solche Situation ist.
Danke im Voraus, m
Tatsächlich ist es fast zwingend erforderlich, mindestens ein Erdungskabel pro Kabel zu verlegen – selbst wenn dieses Erdungskabel aus Gründen der Stromversorgung nicht benötigt wird! Einige Kabel enthalten viele Erdungsdrähte, und es ist nicht ungewöhnlich, dass in einem einzigen Kabel so viele Erdungsdrähte wie Signaldrähte zu sehen sind.
Der Grund dafür ist die Signalintegrität (SI), ein großer Bereich der Elektrotechnik, der EMI, ESD, HF-Emissionen und andere umfasst. Es geht darum, ein Signal mit so wenig Verzerrung und Rauschen wie möglich von Punkt A nach Punkt B zu senden, ohne Funkenergie zu emittieren, Funkenergie aufzunehmen oder statische Elektrizitätsentladungen aufzunehmen (was wie Funkenergie ist).
Das ganze Thema SI ist riesig und geht weit über das hinaus, was ich hier behandeln kann, aber lassen Sie mich kurz auf zwei Themen von SI eingehen: AC-Signal-Rückweg und Schleifenbereich.
Wenn Sie ein Signal von Punkt A nach Punkt B senden, unabhängig davon, ob es sich um Chips auf derselben Platine oder auf verschiedenen Platinen handelt, muss dieses Signal zu Punkt A zurückkehren. Normalerweise erfolgt dies über die Strom- oder Erdungskabel. Der Weg, den dieses Rücksignal nimmt, wird als AC-Signal-Rückweg bezeichnet. Die Kontrolle dieses Rückwegs ist für SI sehr wichtig, und wir tun eine Menge Dinge, um ihn zu kontrollieren. Wir kontrollieren beispielsweise die Impedanz der Leiterplattenspur (oder des Kabeldrahts). Wir setzen Entkopplungskappen auf die Platine (auch Signal-Bypass-Kappen genannt!). Und natürlich legen wir Erdungsdrähte in unsere Kabel.
Der Schleifenbereich ist einfach der Bereich, den unsere Signalschleife einnimmt. Von Punkt A zu Punkt B und zurück zu Punkt A. Je kleiner dieser Schleifenbereich ist, desto weniger wird unser Signal verzerrt und desto weniger Rauschen werden wir abgeben und/oder aufnehmen. Um diesen Schleifenbereich kleiner zu machen, verwenden wir mehrschichtige Leiterplatten mit Strom- und Masseebenen. Wir verwenden Twisted-Pair-Kabel, bei denen ein Erdungskabel mit einem Signalkabel verdrillt ist. Wir verwenden mehrere Strom- und/oder Erdungsdrähte in einem einzigen Kabel.
Stellen Sie sich nun Ihr Setup mit zwei miteinander kommunizierenden Leiterplatten vor, aber ohne Erdungskabel direkt zwischen diesen Leiterplatten. Ein Signal von PCB A geht zu PCB B, dann über den GND-Draht zur Stromversorgung und dann zurück zu PCB A. Abhängig von der genauen Konfiguration der Kabel kann die Schleifenfläche einen Quadratfuß oder mehr betragen! Aber wenn die Leiterplatten eine Erdungsebene haben und die Kabel einen Erdungsdraht haben, dann könnte die Schleifenfläche nur 1 % davon betragen (etwa 1,5 Quadratzoll).
Auch hier habe ich dies zu stark vereinfacht, aber ich bin sicher, Sie verstehen die Idee. SI ist ein riesiges und schwieriges Thema, das selbst "Experten", die dies seit mehr als 10 Jahren tun, Schwierigkeiten bereitet, es zu verstehen. Aber bleib dran und mit der Zeit wirst du den Dreh raus haben!
Kenny
Matt
Kenny
Matt
Kenny
Chris Stratton