Hi Leute,
für eine Mixed Signal Schaltung steht für den Analog und den Digitalteil nur eine Spannungsversorgung zur Verfügung, z.B. 5 V. ZDie Versorgung des digitalen Teils ist (so wird empfohlen in den Datenblättern, für diesen Fall) durch eine Induktivität bzw. eine Ferritperle von der Analogen Schaltungsseite zu trennen. Wie groß sollte diese Induktivität sein und nach was richtet sich die größe ? (Stromverbrauch ist eher gering)
Danke und Gruss
Brombär
Wenn digitale Schaltungen ihre Schaltvorgänge tätigen. Also von high auf low wechseln oder umgekehrt. Dann entstehen div. von Fourier-Oberwellen. Die sich schnell als Störsignale auf die Versorgungsspg aufschalten und zu Störungen führen können.
Abhilfe.
Jedes IC bekommt ein 100nF C verpast.
oder eine Ls in die Versorgungsleitungen . ( das läßt sich nur schwer bestimmen )
(Fourier-Theorie
Die Wellenform läßt sich nach der Fourier-Theorie in eine Summe sinusförmiger Wellen zerlegen, deren Frequenzen ein Vielfaches der Grundfrequenz f1 betragen. Die Verzerrung einer Welle wird sowohl durch die Amplitude der Oberschwingungen, als auch von deren Phasenverschiebung im Verhältnis zur Grundwelle verursacht.)
Also bis die Tage
ma
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Danke Marcus,
das alles ist mir bekannt und die Blockkondensatoren habe ich auch immer drin. Nur werden zusätzlich noch bei gemeinsamer Versorgung solche Drosseln empfohlen (in dem Datenblatt des zugehörigen Bausteins) und um die geht es mir - wie groß sollen die sein, es wird nichts angegeben und es gibt ja tausende Werte. Ich dachte mir evtl. ist ein sehr niedriger Innenwidestand von Vorteil und ich habe keine Ahnung was da in der Praxis gemacht wird für solche Drosseln…
Trotzdem Danke
Gruss
Brombär
Hi Brombär!
für eine Mixed Signal Schaltung steht für den Analog und den
Digitalteil nur eine Spannungsversorgung zur Verfügung, z.B. 5
V. ZDie Versorgung des digitalen Teils ist (so wird empfohlen
in den Datenblättern, für diesen Fall) durch eine Induktivität
bzw. eine Ferritperle von der Analogen Schaltungsseite zu
trennen. Wie groß sollte diese Induktivität sein und nach was
richtet sich die größe ? (Stromverbrauch ist eher gering)
Prinzipiell kannst du eine Festinduktivität in Widerstandsbauform nehmen. Deren Güte ist aber relativ schlecht. Das heißt, der Wirkwiderstand ist recht hoch. Du könntest einen maximal zulässigen Spannungsabfall definieren, unter dem die Schaltung noch sicher funktiniert. Mit dem höchsten zu erwarteten Betriebsstrom kannst du den zulässigen Wirkanteil, den die Induktivität noch haben darf, ausrechnen. Jetzt kannst du eine möglichst große Festinduktivität aus dem Schrank suchen, deren Wirkanteil nicht größer ist, als der Errechnete. Zu groß darf sie aber auch nicht sein, da bei schnellen Stromänderungen die Quelle durch die Induktivität nicht folgen kann. Dazwischen mußt du einen Wert finden. Hoffe der Ansatz hilft etwas weiter.
Flo
Hallo!
und ich habe keine Ahnung was :da in der Praxis gemacht wird :für solche Drosseln…
In der Praxis vermeidet man die Drosseln, unabhängig davon, was in irgendwelchen Applikationsschriften steht. Eine induktivitätsarme (!) Kapazität unmittelbar an den Versorgungsspannungsbeinchen des aktiven Elements liefert die Impulsströme während der Schaltvorgänge. Der Rest ist insbesondere eine Frage eines durchdachten Layouts. Der Autorouter des Leiterplatten-CADs ist damit überfordert. Man sollte sich Gedanken machen, wo Impulsströme (auch auf Gnd-Leitungen und Flächen) fließen, alle Ströme möglichst zu einem Punkt führen und nicht etwa durch den Analogteil schleifen.
Ein ungeschicktes Layout wird mit noch so vielen Drosseln (die zudem bedrahtet, groß und teuer sind) nicht störsicher und ein wohlüberlegtes Layout kann darauf i. d. R. verzichten.
Oft genug bewirken die Drosseln sogar eine Verschlimmbesserung. Im übrigen entzieht sich deren Dimensionierung weitgehend der Berechnung. Die paar µH liegen nicht so sehr weit entfernt von parasitären Induktivitäten mancher Leiterbahnen.
Wenn man eine Schaltung erproben möchte und noch viel dran herum ändert, sind bedrahtete Bauelemente bequemer zu handhaben. Wenn die Schaltung aber steht, tut man sich mit dem ganzen bedrahteten Zeug keinen Gefallen, wenn es um Störsicherheit geht. In SMD-Technik ergibt sich regelmäßig ein günstigeres Layout.
Gruß
Wolfgang
Hallo,
der Wert liegt bei ca. 300…1000 Ohm bei 100Mhz (Der DC-Widerstand ist aber sehr klein). Das sind ungefähr die Standardferrite. Mit ausreichender Größe gehen schon einige Ampere drüber. Mehr Informationen gibt es bei Würth
http://www.we-online.de/we_web/frames,LA,DE.php
(Alternativ Murata BLM-Serie)
Für geringen Strombedarf reicht ein kleine 0603 oder 0805 SMD-Ferrit voll aus.
Bei Beschaffungsproblemem tut es zur Not auch ein CLC-T-Filter. Die gibt es bei Reichelt (NFE 61PT 100P). Oder noch simpler, ein RC-Filter, d.h. je nach Strombedarf ein z.B. 47 Ohm-Widerstand, danach ein Elko, ein 100nF und ein 1nF nach Ground.
I.a. ist jedoch der Ferrit vorzuziehen. Da Analog und Digitalground getrennt sind, kann man zur besseren Störunterdrückung auch noch einen Ferrit in die Ground-Leitung legen (Alternativ tut es auch ein kleiner Widerstand, ist aber weniger zu empfehlen).
Eine weitere Möglichkeit ist die getrennte Signalführung der Massen, die sich an einem Punkt widertreffen (vorzugsweise im Analogteil, wobei Analogground auf Digitalground gelegt wird. Das kann so aussehen, dass Digitalgorund eine große Fläche ist, auf der dann Analogground liegt.) Wichtig ist nur, dass Analoggorund keine Schleifen bildet.
Hallo erstmal
Aha, ja dass die Sache mit dem Layout steht und fällt ist klar und der Autorouter ist bei unserer Software auch nicht zu gebrauche. Also so wie es aussieht ist diese Drossel wohl nicht unbedingt notwendig und ich werde diese wohlweglassen. Ich wollte nur sicher gehen weil mir das so noch nicht untergekommen ist und es extra erwähnt wird.
Mit der Praxis meinte ich eigentlich auch nur wie das in der Industrie oder von Leuten gemacht wird, die das wohl schon ein paar Jahre länger als ich machen … so fern ab von unserem universitärem Elfenbeinturm…
Gruss
Brombär
Hi Papa Schlumpf,
aha, so einfach ist die Sache doch nicht zu errechnen bzw. aus dem Ärmel zu schütteln. Wie mir Wolfgang geraten hat werde ich wohl auf diese Drossel verzichten aber, aus eigenem Interesse einfach mal Deinen vorgeschlagenen Ansatz rechnerisch versuchen…
Vielen Dank auch Dir
Brombär
Hallo,
also ich wundere mich schon ein wenig über die Antworten zu
dem Thema. Sowohl Papa-Schlumpf als auch Wolfgang haben da
einige für mich seltsame Vorstellungen
(Naja, hat halt jeder so seine Erfahrungen).
Meine Meinung dazu
In die Zuleitung zu analogen Schaltungen einen
Tiefpaß zu setzen ist eine uralte Geschichte und immer
noch sehr sinnvoll.
Im einfachsten Fall ist es ausreichend vor analogen
Schaltungen/IC/OPV ein Serien-R mit nachfolgender
Kombination von Block-C zu setzen (R-C-Glied).
Bei höherem Stromverbrauch oder bei unzulässigem
Spannungsabfall ist auch ein L-C-Glied sinnvoll.
Der Sinn der Sache ist natürlich, hochfequente
Störungen auf der Stromversorgung wegzufiltern, die
zwangsläufig durch die digitalen Schalter verursacht
werden.
Praktisch werden dazu Entstördrosseln benutzt, die
absichtlich eine schlechte Güte haben, damit keine
Resonanzeffekte unterstützt werden.
Die Strombelastbarkeit und der Spannungsabfall muß
natürlich berücksichtigt werden.
Natürlich kommt man trotzdem nicht umhin, ein ordentliches
Layout zumachen. Die Stromversorgung muß natürlich von
einem Sternpunkt aus streng getrennt nach digital und
analog geführt werden. Auch die Masseführung muß gut
überlegt werden. Wenn analoge Schaltungen aus Sicht der
Stromversorgung hinter dem digitalteil liegen, muß auch
die Masse so geführt werden, daß keine Spanungsabfälle
durch dig. Stromspitzen den Analogteil beeinträchtgen.
Selbst bei heute üblichen Powerplanes sollte die
Analoge Masse durch Isoliergräben von der digitalen Masse
separiert werden (Zusammenführung Richtung Sternpunkt).
Zur Praxis:
Ich mache meist ein R-C-Glied in die Stromvers. von
OPV (bei 5…10mA -> z,.B. 22Ohm …47Ohm,
bis 5Ohm z.B. 47…100Ohm).
Als HF-Drosseln gehen wie gesagt kleine Enstördrosseln
mit 10uH … 100uH (habe entsprechende DC-Widerstand).
Man muß sich natürlich darüber klar sein, daß die kleine
Induktivität nur im MHz-bereich wirkt. Aber in Verbindung
mit der dann sehr kleinen Impedanz der Kermaik-Block-C
bringt das trotzdem ne Menge. Für niedrigere Frequenzen
wirkt dann nur noch der DC-Widerstand und die größeren
Tantal-C (siehe unten).
Zu große Werte sollten nicht eingesetzt werden,
aus 2 Gründen:
-> Keramik-C bis ca 100nF mit sehr hoher Resonazfrequenz.
Noch besser sind Komb. von mind. 2 Werte, die nicht gleiche
Resonanzfr. haben.
Als Block-C sollten in analogen Schaltungen (wie auch
in dig.) eine Kombination von versch. Größenbereichen
benutzt werden. z.B.Keramik-C dicht am IC,
paar uF als Tantal-C (haben auch gute HF-Eigenschaften)
im Bereich der Baugruppe und ein ausreichend großer
Elko neben der SV (wirken eh nur bis paar KHz)
In Datenleitungen werden auch R-C-Glieder oder auch
L-C-Glieder eingesetzt. z.B. RS232 bis 56Kb 1nF-560Ohm-1nF
und bei RS485 Feritperlen mit paar uH um Störabstrahlung
zu unterdrücken.
Noch ein schönes Praxisbeispiel:
In einer Sensorschaltung hat ein regelmäßiges Schaltsignal
übel Störungen verursacht. Netter weise war’s nicht
der Schaltregler sondern ein poppliger MAX232, dessen
Ladungspumpe störte. Dagegen half aber eine Drossel
in der Stromzuführung und paar uF als Block-C.
Schon war absolute Ruhe.
Gruß Uwi
PS: Ich Entwickle seit vielen Jahren Schaltungen (incl.
Layouts), auch hochempfindliche analoge Sensorschaltungen
und habe mit EMV sehr wenig Probleme bis jetzt gehabt.
für eine Mixed Signal Schaltung steht für den Analog und den
Digitalteil nur eine Spannungsversorgung zur Verfügung, z.B. 5
V. ZDie Versorgung des digitalen Teils ist (so wird empfohlen
in den Datenblättern, für diesen Fall) durch eine Induktivität
bzw. eine Ferritperle von der Analogen Schaltungsseite zu
trennen. Wie groß sollte diese Induktivität sein und nach was
richtet sich die größe ? (Stromverbrauch ist eher gering)
Hi!
für eine Mixed Signal Schaltung steht für den Analog und den
Digitalteil nur eine Spannungsversorgung zur Verfügung, z.B. 5
V. ZDie Versorgung des digitalen Teils ist (so wird empfohlen
in den Datenblättern, für diesen Fall) durch eine Induktivität
bzw. eine Ferritperle von der Analogen Schaltungsseite zu
trennen. Wie groß sollte diese Induktivität sein und nach was
richtet sich die größe ? (Stromverbrauch ist eher gering)
Was ich so aus typischen Eval-Board-Datenblättern kenne sind da immer nur sog. „Ferrite Beads“ eingebaut. Die gibts, soviel ich bei einer einfachen Suche gesehen hab, sowieso nur „ohne Wert“. Meistens sind sie in SMD-Gehäusen erhältlich.
Wichtig bei Deiner Schaltung ist, dass Du wirklich peinlich genau drauf achtest, zwei getrennte Versorgungen zu haben. Sowohl die positive(, die negative) und auch GND! Definier Dir in Deinem CAD-Programm jeweils ein eigenes Versorgungs-Netz (zB +5V / GND / +5VA / GNDA) und verbinde die zusammengehörenden dann jeweils an nur einem einzigen Punkt zB durch eine Ferrite Bead oder einen 0 Ohm Widerstand. In etwa so:
+5VA +5V
T\_\_\_\_\_MM\_\_\_\_\_^
\_\_\_\_\_\_MM\_\_\_\_\_\_
| |
v -
GNDA GND
Auch wenn es verlockend ist eine möglichst dicke breite Leiterbahn und ein möchlichst „niederohmiges“ vermaschtes Netz für alles gemeinsam zu machen, lass es sein.
Besonders gut wäre es, wenn Du eine Multi-Layer-Platine machst und in den Innen-Lagen eine eigen GND und +5V Plane machst. Auch diese Planes dann jeweils splitten in einen Analog-Teil und einen Digital-Teil und dann durch ein diskretes Bauteil verbinden (sonst würde das CAD-Programm für alles gemeinsam einen einheitlichen Netz-Namen machen, das gilt auch ohne Supply-Planes).
Für Tipps schau Dir die sehr informativen Application Notes, Datenblätter und ganz wichtig Eval-Board-Datenblätter zu A/D-Wandler, D/A-Wandler, schnelle analoge Schalter, … von Maxim und Analog Devices an. Texas Instruments, National Semiconductors, Linear Technologies, … haben bestimmt auch viel Material dazu.
Bye
Hansi
Hallo Uwi,
vielen Dank, ein sehr lehrreicher und hilfreicher Artikel, ich werde ihn mir verinnerlichen …
Gruss
Brombär
Hi,
Danke für diese Tipps, diese Ferrite-Perle wurde genau in einer Beschreibung zu einem TI AD Wandler erwähnt.
Brombär
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Auch Dir vielen Dank für Deine Mühen und die hilfreichen Tipps.
So wie es aussieht wird das dann schon klappen für ein Testmuster.
Gruss
Brombär