Мне нравится защищать мою чувствительную цепь щитом. У меня нет изображения, но, по сути, я собрал прямоугольник заземления толщиной 1 мм на верхнем слое, и я положу экран поверх него так, чтобы он соприкасался с этим следом грунта.
У меня есть некоторые проблемы.
- Делая это, я создаю контур заземления?
- Если я не использую щит, я делаю антенну, которая будет улавливать шум?
- Какова рекомендуемая практика для этого типа щита?
На самом деле, мне нравится подключать экран в одной точке, но специалист по оборудованию, у которого есть больше опыта, настаивает на том, что ему нравится выставлять полностью прямоугольное заземление, чтобы экран мог касаться земли в любой точке.
Обновить
Здесь очень элементарное представление.
ОБНОВЛЕНИЕ 2
Шум на выходе нашего усилителя (трансимпеданс). Это примерно 3-5 мВ для усиления 300 000. (Я допустил ошибки в первой раскладке, и сейчас делаю лучшую плату, и цель состоит в том, чтобы уменьшить шум первой ступени до уровня менее 1 мВ.)
У меня есть два LDO, которые получают энергию от батареи. Оба из них имеют высокий PSRR . Это шестислойная доска со следующим стеком, S / G / S / G / P / S. Это немного необычно, но я скрываю чувствительные сигналы между этими основаниями. Доска не должна быть шестислойной, но позже она станет частью другой переполненной доски, отсюда и шесть слоев.
Источники шума в изобилии:
Электропитание: мы уменьшаем это с помощью хороших LDO, фильтрации ( пи-фильтр ), байпасных конденсаторов и т. Д. До сих пор в худшем случае я вижу пульсацию 1-2 мВ при питании; это может быть даже мое оборудование. (У меня нет хорошего оборудования, также усилители имеют PSRR 50 + дБ, поэтому это должно оказать минимальное влияние на выход.)
Шум операционного усилителя: это собственный шум, исходящий от усилителя. У меня тихий операционный усилитель. .
Фотодиод: я использую большой фотодиод, это улавливает шум, что неизбежно.
Другие электромагнитные источники: мы видели, что плата очень чувствительна, шум повышается в различных ситуациях. Кроме того, эталонные схемы из некоторых источников рекомендуют экранировать источники уменьшения внешнего шума, поэтому мы используем эту опцию для тестирования нашей следующей платы.
ОБНОВЛЕНИЕ 3
- 3-5 мВ существует даже без 10K и C1. По сути нет ввода в операционный усилитель. Это заставляет меня думать, что мой макет не идеален.
Вот основные схемы для усилителя. Я могу добавить больше, если мы считаем это необходимым.
Следующие правила были соблюдены:
- Заполните два слоя земли, соединенных через несколько переходов .
- Источник питания 3,3 В (также источник питания для операционных усилителей) фильтруется через танталовый конденсатор 2,2 мкФ и пи-сеть (100 кГц с опрокидыванием) перед подачей на фотодиод (то есть, перед резистором 10К). У нас также есть конденсаторы 1/100/10 нФ, близкие к 10К. (Я не уверен, что это отличная идея, но лучше быть в безопасности.)
- C1 блокирует DC (архитектура с переменным током), мы только усиливаем переменный ток.
- Операционный усилитель имеет 1/100/10 нФ на контактах питания и смещения (смещение обеспечивается вторым LDO).
- Конденсатор и резистор обратной связи расположены как можно ближе к операционному усилителю.
- Все следы сигнала между фотодиодами и операционными усилителями сведены к минимуму; мы говорим <2 см в худшем случае.
- Все критические предполагаемые сигналы размещаются между двумя слоями земли.
Еще одно наблюдение, которое объясняет, почему мы думаем об экранировании: я подключаю резистор к нашему функциональному генератору и включаю его через крокодиловые кабели (по сути, рамочную антенну), поэтому мы знаем, что он излучает на выбранной нами частоте. Я вижу, что выход операционного усилителя хорошо подбирается и усиливается. Таким образом, для меня совершенно ясно, что внешние источники вступают в игру, отсюда и вся дискуссия.
Ответы:
Когда я впервые слышу, что кто-то хочет использовать щит, я начинаю с того, что говорю, что щит - первое прибежище некомпетентных. Это не совсем справедливо, поскольку существуют законные варианты использования щитов, но оно задает тон для реальной дискуссии, которая обычно касается радиочастотных излучений или восприимчивости и, в конечном счете, плохого заземления, которое вызывает беспорядок.
Щит должен быть последним прибежищем компетентного. У щитов также есть существенные недостатки, помимо очевидной проблемы стоимости. Некомпетентные люди верят в миф о том, что если вы заключите что-либо в токопроводящую коробку, то радиочастотная энергия не сможет выйти или войти. Это абсолютно не так. Щит также может стать антенной, если не спроектирован должным образом.
Прежде чем мы сможем поговорить о вашем щите, мы должны сначала тщательно изучить вашу стратегию заземления. Щиты и заземление идут вместе плотно. Объясните, в чем именно проблема, по вашему мнению, решит щит, как именно все заземлено, каковы источники шума и т. Д.
В общем, хорошее заземление сделает больше для уменьшения радиочастотных излучений и восприимчивости, чем защита. Если заземление выполнено правильно, экран может добавить дополнительное ослабление излучения. Если заземление сделано неправильно, экран может стать антенной и усугубить ситуацию. При хорошем заземлении обычно требуется, чтобы экран, охватывающий цепь с как можно меньшим количеством маленьких отверстий, был подключен к заземлению главной цепи точно в одном месте .
Опять же, расскажите нам больше о вашей схеме, макете и проблеме. Тогда мы можем обсудить больше о щите, если он все еще уместен.
Добавлено после обновления 2:
Похоже, ваша главная задача - это шум, попадающий на аналоговый сигнал. В настоящее время на выходе первого усилителя имеется шум 3-5 мВ, но вы хотите снизить его до 1 мВ. Вы говорите, что это трансимпедансный усилитель, но это противоречит вашему усилению в 300 кОм, поэтому мы до сих пор не знаем, какова ваша схема на самом деле.
Откуда поступает входной сигнал? Как он попадает на вход усилителя? Какова его ссылка и что вы сделали, чтобы эта ссылка была чистой? Реальная проблема заключается в том, чтобы сделать эту первую ступень усилителя как можно более шумной. После этого сигнал имеет более высокий уровень и более низкий импеданс, поэтому он не будет таким восприимчивым. Какие внешние источники шума попадают на входной сигнал? Какой уровень шума вы получаете на первом этапе, если вы закорачиваете его вход?
Высокий PSRR для усилителей и регуляторов напряжения хорош, но имейте в виду, что он применим только на низких частотах. Если у вас особенно чувствительная цепь, предоставьте ей собственный линейный регулятор с отфильтрованными входами питания для этого регулятора. Что-то вроде чиповой катушки индуктивности, за которой следует большой керамический конденсатор, заземляющий перед регулятором, обычно хорошо. Может быть, даже два из них в серии. Суть в том, чтобы устранить высокие частоты на подаче питания, чтобы активная электроника в регуляторе могла справиться с остальными. Я хотел бы видеть, что фильтры снижаются при 10 кГц или ниже. Вы также хотите держать нефильтрованные источники питания вдали от входного сигнала, чтобы избежать емкостного срабатывания. Следы охраны могут помочь.
Мне не нравятся два слоя земли. Два основных слоя могут создать вам проблемы, если они не будут регулярно сшиваться. Опять же, вы думаете, щит, когда вместо этого вы должны тщательно подумать о заземлении. Визуализируйте все возвратные токи и убедитесь, что высокочастотные компоненты не проходят через заземляющую плоскость. Используйте локальные подземные плоскости под определенными участками, которые либо создают высокочастотный шум, либо чувствительны к такому шуму. Конденсаторы непосредственного байпаса поступают в местную сеть заземления, которая затем привязывается к глобальной сети заземления только в одном месте.
Покажите схему первого каскада усилителя и объясните, как на самом деле выложены все основания.
Добавлено после обновления 3:
3-5 мВ существует даже без 10K и C1. По сути нет входа в операционный усилитель. Это заставляет меня думать, что мой макет не идеален.
Это говорит о том, что шум не исходит от фотоприемника, поэтому вы можете забыть об этом сейчас. Шум либо на напряжении смещения для положительного входа, либо на земле.
Заполните два слоя земли, соединенных через несколько переходов.
Опять же, я не думаю, что это хорошая идея по двум причинам. Во-первых, эти два самолета должны регулярно сшиваться. Это не так просто сделать правильно, как кажется. Во-вторых, похоже, что вы не использовали подпочву для критических подсистем. Частью этой подосновы является изоляция токов высокочастотной петли, чтобы они не касались заземления. Прикрепляя каждое подземное заземление к основному заземлению только в одном месте, он сохраняет локальные токи высокочастотной петли и не позволяет подсистеме видеть напряжения смещения между различными точками заземления из-за токов на плоскости заземления.
Источник питания 3,3 В (также источник питания для операционных усилителей) фильтруется через танталовый конденсатор 2,2 мкФ и пи-сеть (100 кГц с опрокидыванием) перед подачей на фотодиод (то есть до резистора 10К).
Но ты не показываешь ничего из этого. Танталовый конденсатор будет иметь более низкую высокочастотную характеристику и более высокое ESR, чем керамический конденсатор. На самом деле нет никакой причины использовать танталовый конденсатор при таком напряжении и емкости. Кроме того, конденсатор сам по себе не очень хорош без какого-либо сопротивления для работы. Вы упоминаете пи-сеть, но ничего из этого не показано на схеме, и вы говорите только об одной емкости, так что это не складывается.
Как я уже говорил ранее, 100 кГц слишком высока. Как я уже сказал, я хотел бы видеть, что 10 кГц или меньше.
У нас также есть конденсаторы 1/100/10 нФ, близкие к 10К.
Хорошо, но опять же, им нужно некоторое сопротивление, чтобы противостоять. Как я уже говорил, индуктор с ферритовыми шариками, соединенный последовательно с источником питания, будет делать это.
Операционный усилитель имеет 1/100/10 нФ на выводах питания и смещения
Хорошо, но еще раз, им нужно некоторое сопротивление, чтобы противостоять. Чип индуктор в серии поможет.
Кроме того, опять же, где именно эти конденсаторы подключаются к земле? Я подозреваю, что вы просто пробиваетесь к своим наземным самолетам. Опять же, все это должно быть подключено к локальной сети заземления, подключенной к основной плоскости заземления в одной точке.
Конденсатор и резистор обратной связи расположены как можно ближе к операционному усилителю.
Хорошо.
Все следы сигнала между фотодиодами и операционными усилителями сведены к минимуму; мы говорим <2 см в худшем случае
Вы уже показали, что это не то, откуда исходит шум.
Весь критический предполагаемый сигнал размещается между двумя слоями грунта.
Опять же, этот вид защиты полезен только в том случае, если у вас есть чистая почва, а я думаю, что нет. Если вы этого не сделаете, все, что вам нужно, это увеличить емкостную связь от шума на земле до вашего сигнала.
источник