Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Proszę, dodaj wyjątek www.elektroda.pl do Adblock.
Dzięki temu, że oglądasz reklamy, wspierasz portal i użytkowników.

Kolejny ciekawy artykuł o poprawnym prowadzeniu masy

ghost666 10 Lip 2012 10:26 10072 8
  • W najnowszym numerze Analoge Dialogue, internetowego czasopisma firmy Analog Devices pojawił się bardzo ciekawy artykuł autorstwa Louisa Zumbahlena "Staying well grounded" opisujący w bardzo przystępny sposób prowadzenie masy w układach liniowych, układach cyfrowych oraz różne topologie masy - gwiaździstą i z wykorzystaniem wylewki na PCB.

    Prowadzenie masy jest, bez dwóch zdań, najważniejszą rzeczą w projektowaniu układów elektronicznych. Podstawowe zasady są dosyć proste, jednak ich zastosowanie bywa problematyczne. Niestety nie istnieje żaden poradnik z prostymi radami, które gwarantowałyby dobre prowadzenie masy, co więcej istnieje kilka kwestii bardzo problematycznych dla inżynierów.

    W systemach układów liniowych masa jest poziomem odniesienia dla naszego sygnału. Niestety jest także ścieżką powrotu prądu w systemach zasilanych niesymetrycznie. Niepoprawne projektowanie 'umasowienia' układu może w poważny sposób zakłócić pracę czułych układów. Prowadzenie masy jest zatem kluczowe w układach analogowych, na szczęście zastosowanie pewnych podstawowych zasad jak wykorzystanie wylewek masy pozwoli nam ułatwić poprowadzenie masy w poprawny sposób.

    Innymi istotnymi aspektami prowadzenia masy jest kontrolowanie wirtualnej masy i powrotów dla sygnałów, które to mogą ograniczać parametry układu. Napięcia te mogą generować się na skutek zewnętrznych pojemności, prądów pasożytniczych czy po prostu na skutek zbyt dużego oporu w przewodniku. Poprawne poprowadzenie oraz dobranie średnicy przetwornika wraz z zastosowaniem odpowiednich technik izolacji pozwoli na kontrolowanie powstawania tych niepożądanych napięć.

    Istotnym tematem omówionym w artykule jest także omówienie technik prowadzenia masy w układach gdzie spotyka się technika analogowa cyfrową. Wiele systemów w dzisiejszym świecie wymaga aby układy cyfrowe i analogowe znajdowały się w jednym miejscu - przetworniki ADC, DAC oraz procesory DSP. Wymaga się dzisiaj stosowania układów o niskim szumie i znacznej dynamice. Zachowanie tych parametrów po stronie analogowej, gdy jest ona otoczona agresywnym środowiskiem cyfrowym wymaga zastosowania wielu technik - odpowiedniego prowadzenia masy i ścieżek sygnałowych, odsprzęgania odpowiednio dobranymi pojemnościami itp.

    W przeszłości układy wysokiej precyzji, niskiej częstotliwości były postrzegane odmiennie od układów wysokich częstotliwości. Do oceny czy układ jest szybki czy wolny używano zazwyczaj prędkości próbkowania przetworników ADC i DAC użytych w systemie. W artykule zaprezentowano dwa przykłady które pokazują że w rzeczywistości, niezależnie od wybranych układów, wszystkie systemy należy projektować i traktować jak systemy wysokiej częstotliwości w celu zachowania parametrów. Będzie to oczywiście w pełni prawdziwe dla procesorów DSP, jednakże sprawdza się także dla przetworników cyfrowo-analogowych i analogowo-cyfrowych.

    Wszystkie przetworniki analogowo-cyfrowe próbkującej (tj. takie które potrzebują układu sample-and-hold do pracy) wykorzystywane do obróbki sygnałów pracują z wysokimi zegarami z czasami opadania i narastania rzędu nanosekund, więc muszą być traktowane jak układy wysokiej częstotliwości, mimo iż efektywna częstość próbkowania jest niska. Na przykład 12 bitowy przetwornik ADC o sukcesywnej aproksymacji pracujący z zegarem 10MHz będzie w stanie próbkować z prędkością zaledwie 500kSPS. Przetworniki Sigma-Delta także wymagają wysokich częstotliwości do pracy, nawet układy próbkujące z częstotliwością od 10Hz do 7500Hz pracują z zegarem 5MHZ lub wyższym, aby otrzymać rozdzielczość 24 bitów.





    Aby jeszcze bardziej skomplikować sytuację pamiętajmy iż układy mieszane posiadają wejścia i wyjścia tak cyfrowe jak i analogowe. Dodatkowo komplikuje to prowadzenie masy wokół tych pinów. Co więcej pamiętać trzeba o wydajności prądowej portów cyfrowych, gdyż inaczej należy traktować te które są w stanie generować większą ilość prądu i te które nie są w stanie tego zrobić.

    Projektanci systemów cyfrowych i analogowych różnie postrzegają układy mieszane, w zależności od tego czym się zajmują. Celem tego artykułu jest opisanie ogólnej filozofii prowadzenia masy która sprawdzi się w układach mieszanych, nawet bez znajomości wewnętrznej struktury poszczególnych układów. Co oczywiste prowadzenie masy nie może być opisane w prosty i uniwersalny sposób. Niestety nie da zagwarantować się stworzenia listy rzeczy po zrobieniu których układ działać będzie w pełni poprawnie. Można jedynie stwierdzić iż nie robienie pewnych rzeczy może doprowadzić do kłopotów z działaniem układu. Pamiętać także trzeba iż to co działa dla pewnego zakresu częstotliwości niekoniecznie musi się sprawdzić dla innego. Podstawą zrozumienia prowadzenia masy jest zrozumienie charakteru przepływu prądu przez projektowany układ.

    W artykule opisano następujące techniki wraz z ich odpowiednim opisem:

    • Masa gwiaździsta.
    • Separowanie masy analogowej od cyfrowej.
    • Wylewki masy.
    • Prowadzenie masy i odsprzęganie w systemach mieszanych (analogowo-cyfrowych) z niewielkimi prądami w systemie cyfrowym.
    • Prowadzenie sygnałów cyfrowych z wyjść ADC z ostrożnością.
    • Rozważania na temat zegara próbek w systemach ADC i DAC.
    • Przyczyny pomyłek w prowadzeniu masy w systemach mieszanych.
    • Prowadzenie masy dla wysokich częstotliwości.
    • Bądź ostrożny przy wprowadzaniu przerw w wylewce masy.


    Jeśli ktoś będzie zainteresowany szczegółowiej którymś z rozdziałów jestem w stanie przetłumaczyć go także wraz z ewentualnym komentarzem. Tutaj ograniczam się tylko do wstępu nakreślającego zagadnienie.
    Źródła:
    http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/46-06/staying_well_grounded.pdf


    Fajne!
  • #2 12 Lip 2012 00:28
    Dareks
    Poziom 19  

    ghost666 napisał:


    Jeśli ktoś będzie zainteresowany szczegółowiej którymś z rozdziałów jestem w stanie przetłumaczyć go także wraz z ewentualnym komentarzem. Tutaj ograniczam się tylko do wstępu nakreślającego zagadnienie.

    Link



    Przydałoby się przetłumaczyć cały artykuł i wstawić do działu o projektowaniu PCB. Na pewno się przyda.

  • #3 30 Lip 2012 23:29
    El_liero
    Poziom 24  

    Koniecznie! Proszę o przetłumaczenie. Otworzy to drogę do edukacji dla młodych elektroników. A i ja sam z chęcią zerknę.

  • #4 31 Lip 2012 10:50
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Dobrze, postaram się kawałek po kawałku potłumaczyć poszczególne rozdziały i powrzucać je na forum. Na koniec będzie można zmontować to w duży artykuł i umieścić gdzieś indziej.

    Masa gwiaździsta - Link
    Separacja masy analogowej i cyfrowej - Link
    Wylewki masy - Link
    Masa i odsprzęganie w układach cyfrowo-analogowych - Link
    Wyjścia cyfrowe układów ADC - Link
    Sygnały taktujące ADC - Link
    Masa gwiaździsta w skomplikowanych układach analogowo-cyfrowych - Link
    Prowadzenie masy w układach wysokiej częstotliwości - Link
    Ostrożność przy przerywaniu ciągłości wylewek masy - Link
    Podsumowanie - Link

  • #5 20 Sie 2012 13:10
    El_liero
    Poziom 24  

    ghost zbliżasz się do końca z tłumaczeniem artykułu o prowadzeniu masy?

  • #6 20 Sie 2012 13:31
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Updejtowałem post z listą przetłumaczonych rozdziałów, czeka na akceptację moderatora teraz. Zostało mi do przetłumaczenia jeszcze kilka, ale już ponad połowa tego dużego artykułu jest przetłumaczona.

  • #7 29 Wrz 2012 21:25
    El_liero
    Poziom 24  

    został ostatni artykuł i potem wystarczy to wszystko połączyć.
    :D

  • #8 29 Wrz 2012 23:08
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Ostatni rozdział plus podsumowanie, gdzie zawarte jest kilka fajnych wskazówek i zobrazowany jest efekt błędnego prowadzenia masy - wzbudzanie się przy przełączaniu (ringing). Dodatkowo chce uzupełnić jeden rozdział o dokładniejszy opis dlaczego należy prowadzić tak a nie inaczej masę w układach ADC i DAC (chodzi o spadek napięcia na połączeniu wewnętrznej struktury krzemowej a PCB :).