DC/DC-Wandler, Spannungsregler, Stromkompensierte Spulen - Massentrennung

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13.12.2014, 19:02
Liquidator

DC/DC-Wandler, Spannungsregler, Stromkompensierte Spulen - Massentrennung

Hallo,

ich hab' da eine Frage und zwar betrifft es die Masse einer Schaltung. Wann ist es sinnvoll diese zu trennen, bzw. in einem Punkt zusammenlaufen zu lassen?
Nur bei Analog-/Digitalsignalen? Was macht man bei mehreren Schaltreglern auf einer Platine?

Und mehr praxisbezogen: Habe zwei Schaltregler auf einer Platine, der eine hat irgendeinen Ausgangsfilter mit stromkompensierter Spule, der andere nicht.
Ich möchte aber gern nur die zwei Spannungen + Masse aus der Platine herausführen, nicht auch noch zwei verschiedene Massen (Weil die daran anzuschließende Platine schließlich nur eine Massefläche besitzt)
Wie sollte ich da besser vorgehen? Kann ich die Massen zusammenschalten, wenn ja, warum nicht? ;)

Danke euch.
13.12.2014, 20:53
PICture

Hallo!

Zitat:

Zitat von Liquidator

ich hab' da eine Frage und zwar betrifft es die Masse einer Schaltung. Wann ist es sinnvoll diese zu trennen, bzw. in einem Punkt zusammenlaufen zu lassen?

Sinnvoll ist die Massen zu trennen nur bei galvanischer Trennung von Teilschaltungen, wenn es erfordellich ist. Sonst ist das Kurzschließen allen Massen mit möglichst geringer sternförmiger Impedanz immer optimal um einen guten gesamten Bezugspotential zu haben. ;)
14.12.2014, 15:36
Besserwessi

Die Trennung der Masse macht nicht nur bei digitalem/analogem Teil sind, sondern auch in anderen Fällen mit gestörter und sauerer Masse. Der Idealfall ist an sich die Sternförmige Masse von einem Punk aus. Das ist aber ggf. nicht praktikabel wenn schnelle Signal zwischen den Schaltungsteilen transportiert werden. Eine in Teile getrennte Masse ist dann ggf. eine Alternative - oft halt in einen eher gestörten Teil für das digitale und eine saubere Masse fürs analoge.

Wenn man die Massen verbindet, verliert die Stromkompensierte Drossel einen Großteil der Wirkung. Bei verbundener Masse sollte man die Drossel bzw. den Filter anpassen.
Wenn man nur Masse und 2 Spannungen herausführen will, sollte man die so verbinden, das man einen definierten (sternförmigen) Massepunkt hat - ggf. braucht man dann noch extra Filter, die diese Massepunkt nutzen um Störungen zu vermeiden, die von den lokalen Massepunkten der Schaltwandler kommen. Als neuer zentraler Massepunkt bietet sich z.B. die Verbindung der beiden Filterkondensatoren an. Die Details hängen aber von den Reglern ab.
20.12.2014, 23:01
Hardware-Entwickler

Optimal ist eine Ground-Plane auf einer extra Lage.
Aber ich denke du wirst nicht mehr als 2 Lagen zur Verfügung haben :-)
21.12.2014, 00:42
Liquidator

Zusätzliche Planes sind schön und gut, jedoch will ich aus der Platine ja nur EINE Masse herausführen :)

Eine Frage, um keinen neuen Thread zu öffnen - Es führt ein Bus durch mehrere Platinen, wobei es sein kann, dass die letzte nicht angeschlossen wird. Es bleibt auf einer Platine somit eine undefinierte Leitungs"antenne". Ist das ein Problem? Bzw. wie wird das sonst gehandhabt?
21.12.2014, 09:46
PICture

Zitat:

Zitat von Liquidator

Es führt ein Bus durch mehrere Platinen, wobei es sein kann, dass die letzte nicht angeschlossen wird. Es bleibt auf einer Platine somit eine undefinierte Leitungs"antenne". Ist das ein Problem? Bzw. wie wird das sonst gehandhabt?

Das mit "undefinierte Leitungs" verstehe ich nicht, bitte um eine Skizze. Eigentlich wichtig ist, dass am beiden Enden vom Bus richtige Abschlusswiderstände "hängen". Möglicherweise geht es um sich laufend ändernden Bus, aber damit habe ich nie zu tun gehabt. Auf PC Motherbords bleiben "leere" Steckplätze am z.B. PCI-Bus, aber ohne "antennen".
22.12.2014, 02:17
Peter(TOO)

Hallo,

Zitat:

Zitat von Liquidator

Zusätzliche Planes sind schön und gut, jedoch will ich aus der Platine ja nur EINE Masse herausführen :)

Darum geht's ja nicht, die Massen kann man schon zusammen hängen.

Nehmen wir mal an, du hast eine Heizung, einen Temperatursensor, einen AD-Wandler und einen Anschluss für die Masse zum Netzteil.
Die haben alle einen Masseanschluss.

Nehmen wir mal an, du hast da eine Leiterbahn vom Masseanschluss quer über die Leiterplatte zum Anschluss für die Heizung.
Weils bequem ist, schliess du den AD-Wandler direkt beim Masseanschluss an und den Temperatursensor direkt bei der Heizung.

Nun ist aber jede Leiterbahn auch ein Widerstand.

Wenn jetzt die Heizung ausgeschaltet ist, steht am AD-Wandler die Spannung des Temperatursensors an.
Wenn die Heizung eingeschaltet ist, fliesst ein Strom, welcher einen Spannungsabfall an der Leiterbahn erzeugt.
Nun steht aber am AD-Wandler eine Spannung aus Sensorspannung + Spannungsabfall an!

Man sollte also den Sensor bis zur Masse des AD-Wandlers führen und dort anschliessen. Dann hat der Strom welcher durch die Heizung fliesst keinen Einfluss auf die Messung mehr.

Im Schaltbild sieht man dabei keinen Unterschied.

Bei Schaltreglern hat man mehrere Stromkreise, teilweise fliessen da kurzzeitig grössere Ströme welche entsprechende Spannungsabfälle auf den Leiterbahnen erzeugen. Dazu gibt es aber eine Menge Literatur, welche das Problem beschreiben, meist schon in den Datenblättern!

Durch die Schaltfrequenzen wirken die Leiterbahnen zusätzlich noch als Antennen. Ma muss also auch noch acht geben, welche Signale nebeneinander und übereinander zu liegen kommen.

Auch bei Digital hast du das Problem, deshalb platziert man Blockkondensatoren. Digitale ICs können hohe Stromspitzen beim Schalten erzeugen. Mit dem Blockkondensator wird dann diese Stromspitze dem Kondensator entnommen, der Strom muss also nicht durch alle Leiterbahnen fliessen.

Hinzu kommt noch, dass die TTL-Spezifikationen recht eng bei den Pegeldefinitionen sind. Eine eindeutige 0 hast du bei Spannungen < 0.8V eine 1 bei >2.0V.
Was ein IC aus dem Bereich dazwischen mach, ist Zufall, bzw. undefiniert.
Hinzu kommt noch, dass ein TTL-IC 0.4V bis 0.6V bei einer 0 liefert. Es bleiben also nur noch 0.2V bis 0.4V für irgendwelche Störsignale ......

Zitat:

Zitat von Liquidator

Eine Frage, um keinen neuen Thread zu öffnen - Es führt ein Bus durch mehrere Platinen, wobei es sein kann, dass die letzte nicht angeschlossen wird. Es bleibt auf einer Platine somit eine undefinierte Leitungs"antenne". Ist das ein Problem? Bzw. wie wird das sonst gehandhabt?

Kommt drauf an!
Vor allem spielt hier die Frequenz eine Rolle, je höher die Busfrequenz um so problematischer wird es.

Mit Lichtgeschwindigkeit kommt man in 1ns etwas 30cm Weit. Elektrische Impulse im Kabel sind etwas langsamer.
So ein Leitungsstummel bewirkt, dass eine Schaltflanke am Ende reflektiert wird und sich in entgegengesetzter Richtung durch den Leiter fliesst. Dabei überlagern sich Nutzsignal und Reflektion und ergeben ein verzerrtes Signal.
Mit einer Impedanzanpassung (Abschlusswiderstände) kann man die Reflektionen unterdrücken.
Bei einem 10MHz-Bus spielen also z.B. 10nS Signalstörungen keine Rolle. Bei 1GHz funktioniert das mit Garantie dann nicht!

Beim PC-Hauptspeicher muss man auch die Leitungslänge beachten, wegen den unterschiedlichen Signallaufzeiten. Man sieht da beim Bus oft, dass die Leiterbahnen unnötige Schleifen machen, damit alle Leiterbahnen gleich lang sind.

Handhaben kann man das, wie schon erwähnt, mit Abschlusswiderständen.
Im einfachsten Fall hat man z.B. einen Stecker mit den Widerständen, welcher an Stelle einer Leiterplatte angeschlossen wird, wenn weitere Leiterplatten fehlen. Komfortabler kann man diese elektrisch zuschalten, wenn man erkennen kann, dass weitere Leiterplatten fehlen.

MfG Peter(TOO)

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Hallo PIC

Zitat:

Zitat von PICture

Eigentlich wichtig ist, dass am beiden Enden vom Bus richtige Abschlusswiderstände "hängen". Möglicherweise geht es um sich laufend ändernden Bus, aber damit habe ich nie zu tun gehabt. Auf PC Motherbords bleiben "leere" Steckplätze am z.B. PCI-Bus, aber ohne "antennen".

Beim PC bezieht sich der Bus auf die Verbindungen zwischen den Steckern, da ist natürlich an beiden Enden abgeschlossen.
Die "Stummelleitungen" bestehen nur aus den Kontaktfedern, also im Bereich von 1cm. Das ergibt dann Laufzeiten im Bereich von unter 100ps. Zudem kann man auch im Stecker die Impedanz einigermassen anpassen. Der PCI-Bus lief zudem auch nur mit Frequenzen um die 66MHz.

MfG Peter(TOO)