Koruyucu olabilir, doğru yol nedir?

Hassas bir devremi bir kalkanla korumayı seviyorum. Bir resmim yok ama temel olarak, üst katmana 1 mm kalınlığında bir zemin dikdörtgeni koydum ve bu zemin üzerine temas edecek şekilde kalkanı bunun üzerine yerleştireceğim.

Bazı endişelerim var.

1. Bunu yaparak bir toprak döngüsü mü oluşturuyorum?
2. Kalkanı kullanmazsam, gürültü alacak bir anten mi yapıyorum?
3. Bu tür kalkanlar için önerilen uygulama nedir?

Aslında, kalkanı tek bir noktada birleştirmeyi seviyorum, ancak daha fazla deneyime sahip bir donanım insanı, tam bir dikdörtgen zemine maruz kalmayı sevdiği için ısrar ediyor, böylece kalkan her noktada zemine temas edebiliyor.

Güncelleme

İşte çok ilkel bir temsil.

GÜNCELLEME 2

Gürültü, amplifikatörümüzün çıkışındadır (transimpedans). 300.000 amplifikasyon için yaklaşık 3-5 mV'dir. (İlk düzende hatalar yaptım ve şimdi daha iyi bir tahta yapıyorum ve amaç ilk aşamadaki gürültüyü 1 mV'nin altına düşürmek.)

Pilden enerji alan iki LDO'm var. Her ikisi de yüksek PSRR . Bu, aşağıdaki yığını içeren altı katmanlı bir karttır, S / G / S / G / P / S. Bu biraz sıra dışı bir yığın, ama bu topraklar arasında hassas sinyalleri saklıyorum. Tahtanın altı katmanlı olması gerekmiyor, ancak bu daha sonra başka bir kalabalık tahtanın parçası olacak, dolayısıyla altı katman olacak.

Gürültü kaynakları bol miktarda bulunur:

• Güç kaynağı: Bunu iyi LDO'lar, filtreleme ( pi filtresi ), bypass kapasitörleri, vb. İle hafifletiriz . Şimdiye kadar, en kötü durumda güçte 1-2 mV dalgalanma görüyorum; bu benim ekipmanım bile olabilir. (İyi bir donanıma sahip değilim, ayrıca amplifikatörlerin 50 + dB PSRR'si var, bu yüzden çıktı üzerinde minimum etkisi olmalı.)

• Opamp gürültüsü: Bu, amplifikatörden gelen doğal gürültüdür. Düşük gürültülü bir opampım var. .$3\ nV/\sqrt{Hz}$

• Fotodiyot: Büyük bir fotodiyot kullanıyorum, bu gürültüyü kaçınılmaz, kaçınılmaz.

• Diğer elektromanyetik kaynaklar: Tahtanın çok hassas olduğunu gördük, gürültü çeşitli durumlarda artar. Ayrıca, bazı kaynaklardan referans şemaları, dış gürültü kaynaklarının azaltılmasının korunmasını önermektedir, bu nedenle bir sonraki kartımızı test etmek için bu kalkan seçeneğini kullanıyoruz.

GÜNCELLEME 3

• 10K ve C1 olmadan bile 3-5 mV mevcuttur. Esasen opamp'a girdi yok. Bu, mizanpajımın mükemmel olmadığını düşündürüyor.

İşte amplifikatör için temel şemalar. Gerekli olduğunu düşünürsek daha fazlasını ekleyebilirim.

Aşağıdaki kurallara uyulmuştur:

• Birkaç vias ile bağlanan iki zemin katmanını tamamlayın .
• 3.3 V besleme (ayrıca opamps için besleme), 2.2 uF tantal kondansatör ve pi ağı (100 kHz devrilme) yoluyla fotodiyot beslemesinden önce (yani 10K direncinden önce) filtrelenir. Ayrıca 10K'a yakın 1/100/10 nF kapasitörlerimiz var. (Harika bir fikir olduğundan emin değilim, ancak güvende olmak daha iyidir.)
• C1 DC'yi (AC bağlantılı mimari) engeller, sadece AC'yi yükseltiriz.
• Opamp, besleme ve sapma pimlerinde 1/100/10 nF'ye sahiptir (sapma, ikinci LDO tarafından sağlanır).
• Geri besleme kondansatörü ve direnci, opamp'e mümkün olduğunca yakın yerleştirilir.
• Fotodiyotlar ve opamp'ler arasındaki tüm sinyal izleri en aza indirilir; <2 cm en kötü durumdan bahsediyoruz.
• Tüm kritik kabul edilen sinyaller iki zemin katmanı arasına yerleştirilir.

Ayrıca ekranlamayı neden düşündüğümüzü açıklayan bir başka gözlem: Fonksiyon jeneratörünüze bir direnç bağlayıp açıyorum, bu timsah kabloları (aslında bir döngü anteni). Bu nedenle, seçtiğimiz frekansta yayıldığını biliyoruz. Opamp'ın çıktısını bunu güzel bir şekilde alıp güçlendirdiğini görebiliyorum. Bu yüzden, benim için dış kaynakların, dolayısıyla tüm tartışmanın geldiği çok açık.

Kalkan kullanmak isteyen birisini ilk duyduğumda, kalkanın beceriksizliğin ilk sığınağı olduğunu söyleyerek işe başlıyorum. Kalkanların meşru kullanımları olduğu için bu tamamen adil değil, ancak genellikle RF emisyonları veya duyarlılığı ve nihayetinde karmaşaya neden olan kötü topraklama ile ilgili olan gerçek tartışma için tonu belirliyor.

Bir kalkan yetkili kişinin son sığınağı olmalıdır. Kalkanlar da bariz maliyet sorununun ötesinde önemli olumsuzluklara sahiptir. Yeterli olmayan, iletken bir kutuya bir şey koyarsanız, RF enerjisinin dışarı çıkamayacağı veya içeri giremeyeceği efsanesine inanırsınız. Bu kesinlikle doğru değil. Bir kalkan da uygun şekilde tasarlanmamışsa anten olabilir.

Kalkanınız hakkında konuşmadan önce, öncelikle topraklama stratejinizi dikkatli bir şekilde gözden geçirmeliyiz. Kalkanlar ve topraklama birbirine sıkıca oturur. Kalkanın tam olarak nasıl çözeceğini düşündüğünüzü, her şeyin tam olarak nasıl topraklandığını, gürültü kaynaklarının ne olduğunu vb.

Genel olarak, iyi topraklama RF emisyonlarını ve duyarlılığını azaltmak için bir kalkandan daha fazlasını yapar. Topraklama doğru yapılırsa, bir kalkan emisyonlara bir miktar ekstra zayıflama ekleyebilir. Topraklama yanlış yapılırsa, kalkan bir anten haline gelebilir ve işleri daha da kötüleştirebilir. İyi bir topraklama ile, genel olarak, korumayı ana devre topraklamasına tam olarak tek bir yerde bağlı olarak mümkün olduğunca az ve küçük deliklerle çevrelemek istersiniz .

Yine, bize devre, düzen ve sorun hakkında daha fazla bilgi verin. O zaman hala uygunsa kalkan hakkında daha fazla tartışabiliriz.

Güncelleme 2'den sonra eklendi:

Ana endişeniz analog sinyalinize gelen gürültü. Şu anda ilk amplifikatörün çıkışında 3-5 mV parazit var, ancak bunu 1 mV'ye düşürmek istiyorsunuz. Bunun bir transimpedans amplifikatörü olduğunu söylüyorsunuz, ancak bu 300k kazancınızla çelişiyor, bu yüzden devrenizin gerçekte ne olduğunu hala bilmiyoruz.

Giriş sinyali nereden geliyor? Amplifikatör girişine nasıl ulaşır? Referansı nedir ve bu referansın temiz olmasını sağlamak için ne yaptınız? Asıl mesele, bu ilk amplifikatör aşamasını mümkün olduğunca düşük gürültü yapmaktır. Bundan sonra sinyal daha yüksek seviye ve daha düşük empedanstır, bu yüzden bu kadar duyarlı olmayacaktır. Giriş sinyaline giren dış gürültü kaynakları nelerdir? Girişini kısaltırsanız ilk aşamadan ne kadar gürültü alıyorsunuz?

Amplifikatörler ve voltaj regülatörleri için yüksek PSRR iyidir, ancak yalnızca düşük frekanslarda geçerli olduğunu unutmayın. Özellikle hassas bir devreniz varsa, bu regülatöre filtrelenmiş güç kaynağı girişleri ile kendi doğrusal regülatörünü verin . Bir çip indüktörü gibi bir şey ve ardından regülatörün önünde toprağa büyük bir seramik kondansatör genellikle iyidir. Belki bunlardan ikisi bile seri. Amaç, güç kaynağı beslemesindeki yüksek frekansları ortadan kaldırmaktır, böylece regülatördeki aktif elektronikler gerisini halledebilir. Filtrelerin 10 kHz veya daha düşük bir hızda gerçekleştiğini görmek isterim. Ayrıca, kapasitif toplamayı önlemek için filtrelenmemiş güç kaynağı beslemelerini giriş sinyalinden uzak tutmak istersiniz. Muhafız izleri yardımcı olabilir.

İki zemin katmanını sevmiyorum. İki zemin katmanı, düzenli olarak bir araya getirilmedikçe başınızı belaya sokabilir. Yine, bunun yerine topraklamayı dikkatlice düşünmeniz gerektiğinde kalkan düşünüyorsunuz. Akan tüm dönüş akımlarını gözünüzde canlandırın ve yüksek frekanslı bileşenlerin toprak düzlemi boyunca akmadığından emin olun. Yüksek frekanslı parazit üreten veya bu parazite duyarlı belirli bölümler altında yerel yer altı düzlemleri kullanın. Derhal bypass kapasitörleri yerel toprak ağına gider ve daha sonra küresel toprak ağına sadece bir yerde bağlanır.

İlk amplifikatör aşamasının devresini gösterin ve tüm topraklamaların gerçekte nasıl düzenlendiğini açıklayın.

Güncelleme 3'ten sonra eklendi:

10K ve C1 olmadan bile 3-5 mV mevcuttur. Esasen op-amp'e giriş yok. Bu, mizanpajımın mükemmel olmadığını düşündürüyor.

Bu, gürültünün fotodetektörden gelmediğini söyler, böylece şimdilik bunu unutabilirsiniz. Gürültü, pozitif giriş için ön gerilimde veya zeminde.

Birkaç vias ile bağlanan iki zemin katmanını tamamlayın.

Yine, bunun iki nedenden dolayı iyi bir fikir olduğunu düşünmüyorum. İlk olarak, bu iki düzlemin düzenli olarak birbirine dikilmesi gerekir. Bu göründüğü kadar kolay değil. İkincisi, kulağa kritik alt sistemler için alt zemin kullanmadığınız anlaşılıyor. Bu alt toprakların noktasının bir parçası, yüksek frekanslı döngü akımlarını ana topraktan uzak tutmak için izole etmektir. Her bir alt zemini ana zemine tek bir yerde bağlayarak, yüksek frekans döngü akımlarını yerel tutar ve alt sistemin, zemin düzlemindeki akımlar nedeniyle farklı toprak noktaları arasındaki ofset voltajlarını görmesini önler.

3,3 V besleme (ayrıca op-ampler için besleme), fotodiyot beslemesinden önce (yani 10K direncinden önce) bir 2.2 uF tantal kapasitör ve bir pi ağı (100 kHz devrilme) yoluyla filtrelenir.

Ama sen hiçbirini göstermiyorsun. Bir tantal kapasitör, seramik bir kapasitörden daha düşük yüksek frekans tepkisine ve daha yüksek ESR'ye sahip olacaktır. Bu voltaj ve kapasitansta bir tantal kapasitör kullanmak için hiçbir neden yoktur. Ayrıca, bir kapasitör tek başına çalışmak için empedans olmadan çok iyi değildir. Bir pi ağından bahsediyorsunuz, ancak bunların hiçbiri şematikte gösterilmiyor ve sadece tek bir kapasitans hakkında konuşuyorsunuz, bu da toplanmıyor.

Daha önce de söylediğim gibi, 100 kHz çok yüksek. Söylediğim gibi, 10 kHz veya daha azını görmek istiyorum.

Ayrıca 10K'a yakın 1/100/10 nF kapasitörlerimiz var.

Güzel, ama yine de, çalışmak için biraz empedansa ihtiyaçları var. Daha önce söylediğim gibi, besleme beslemesi ile seri halde bulunan bir ferrit boncuk çip indüktörü bunu yapacaktır.

Op-amp'in besleme ve sapma pimlerinde 1/100/10 nF vardır

Tamam, ama bir kez daha, bunlara karşı çalışmak için empedans gerekiyor. Seri bir çip indüktörü yardımcı olacaktır.

Ayrıca, yine, bu kapasitörler yere tam olarak nerede bağlanır? Sadece yer düzlemlerine yumruk attığından şüpheleniyorum. Yine, bunların hepsi tek bir noktada ana yer düzlemine bağlı yerel bir toprak ağına bağlanmalıdır.

Geri besleme kapasitörü ve direnci op-amp'e mümkün olduğunca yakın yerleştirilir.

İyi.

Fotodiyotlar ve op-amp'ler arasındaki tüm sinyal izleri en aza indirilir; <2 cm en kötü durumdan bahsediyoruz

Zaten gürültünün nereden geldiğini göstermediniz.

Tüm kritik kabul edilen sinyal iki zemin katmanı arasına yerleştirilir.

Yine, bu tür bir koruma sadece temiz bir zemine sahipseniz faydalıdır, ki sanmıyorum. Eğer yapmazsanız, tüm bunlar, yerdeki gürültüden sinyale kadar kapasitif bağlantıyı arttırmaktır.