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

Poprawne prowadzenie masy: masa i odsprzęganie w układach cyfrowo-analogowych

ghost666 06 Sie 2012 15:06 7168 8
  • Zgodnie z prośbą z tego wątku - https://www.elektroda.pl/rtvforum/viewtopic.php?p=11160928#11160928 - będę tłumaczył sukcesywnie kolejne rozdziały tego ogromnego artykułu, odnośnie prowadzenia masy w układach cyfrowych i analogowych. Ten rozdział dotyczy odsprzęgania o umasiania układów mieszanych - cyfrowo-analogowych, gdzie sekcja cyfrowa pobiera niewielki prąd.

    Czułe układy analogowe, takie jak wzmacniacze czy stabilizatory napięcia odniesienia, są zawsze odnoszone i odsprzęgane do masy analogowej. Układy mieszane, takie jak konwertery analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe gdzie prądy sekcji cyfrowej są niewielkie, także powinny być traktowane jak układy analogowe. Wydawać by się mogło, iż jest to bezsensowne, gdyż na przykład konwerter ma piny i cyfrowe, i analogowe, ponadto zazwyczaj wyposażony jest w osobne piny masy dla obu sekcji układu, cyfrowej i analogowej. Poniższy schemat powinien wyjaśnić tą zawiłość:

    Poprawne prowadzenie masy: masa i odsprzęganie w układach cyfrowo-analogowych


    Wewnątrz układu scalonego (na przykład ADC czy DAC) masy są rozdzielone tak, aby zminimalizować wpływ zakłóceń cyfrowych na sygnał analogowy. Na powyższym schemacie pokazano typowy model konwertera. Projektant układu nie może nic zrobić z indukcyjnością i oporem drucika użytego jako połączenie pomiędzy strukturą krzemową a pinem układu. Te parametry zawsze będą niezerowe i tyle. Szybkozmienny prąd cyfrowy wytworzy pewne napięcie w punkcie B, które sprzęgać się będzie z punktem A pojemnościowo, poprzez pasożytniczą pojemność wewnątrz układu. Pomiędzy poszczególnymi, sąsiadującymi ze sobą pinami istnieje 0,2pF pojemności. Projektanci układów muszą tak dobrać rozstaw pinów i ich funkcje, aby zminimalizować sprzężenia. Jednakże aby zminimalizować wpływ opisywanych sprzężeń na działanie układu warto połączyć wyjścia AGND i DGND zewnętrznie do jednego pola masy - masy analogowej, przy zachowaniu możliwie krótkich połączeń pomiędzy DGND a masą, gdyż jakakolwiek dodatkowa impedancja w tym miejscu zwiększy amplitudę napięcia w punkcie B, która wprowadza zakłócenia do sekcji analogowej poprzez punkt A. Z drugiej strony podłączenie pinu DGDN do pola masy cyfrowej spowoduje, że zakłócenia oznaczone na schemacie jako VNOISE będą miały dostęp do sekcji analogowej.

    Podsumowując - oznaczenie pinu DGND oznacza, iż jest on podłączony do sekcji cyfrowej układu, ale nie oznacza iż że należy ją łączyć z masą cyfrową układu. Dokładniejszym oznaczeniem tego pinu jest "powrót cyfrowy", mówiący tylko, iż płynie tamtędy prąd z sekcji cyfrowej układu scalonego.

    Z drugiej strony prawdą jest, iż takie prowadzenie masy wprowadzi jakieś zakłócenia cyfrowe do sekcji analogowej, jednakże prądy płynące w cyfrowej sekcji układu scalonego są niewielkie, co więcej, należy sobie to zapewnić pilnując, aby wyjście cyfrowe układu mieszanego nie sterowało dużym obciążeniem, na przykład w postaci wielu układów. Taki zabieg, oprócz zmniejszenia zakłóceń cyfrowych, spowoduje zmniejszenie się oscylacji w przebiegach cyfrowych, co z kolei zmniejsza jeszcze dalej ilość zakłóceń przekazywanych do sekcji analogowej.

    Aby odizolować sekcje analogową dalej, sugeruje się zastosowanie koralika ferrytowego na zasilaniu sekcji cyfrowej, tak jak pokazano na schemacie. Dzięki temu wszystkie szpilki napięcia, wygenerowane przez sekcję analogową, spływają do pinu DGND przez kondensator odsprzęgający wpięty pomiędzy pin zasilania sekcji cyfrowej i DGND (czyli pole masy cyfrowej). Pokazano to na schemacie na czerwono. Dzięki temu zabiegowi prądy cyfrowe nie przenikną dalej w pole masy cyfrowej, lecz będą krążyć w zaznaczonej pętli. Kondensator odsprzęgający powinien być umieszczony możliwie blisko układu. Sugeruje się użycie kondensatora ceramicznego o pojemności od 10 nF do 100 nF.
    Źródła:
    http://www.analog.com/library/analogdialogue/archives/46-06/staying_well_grounded.pdf


    Fajne!
  • #2 06 Sie 2012 18:17
    pmt
    Poziom 12  

    Świetna seria artykułów, myślę, że można byłoby wrzucić całą serię przetłumaczonych artykułów w jeden wątek i podwiesić, np. w dziale Artykuły, albo Projektowanie układów elektronicznych. Na pewno wielu osobom się to przyda (w tym i mnie :D).

  • #3 06 Sie 2012 22:56
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Dzięki za słowa uznania :-). Moje jest tylko tłumaczenie, całość pochodzi od inżynierów firmy Analog Devices - Ci ludzie jak nikt inni znają się na analogowej stronie projektowania elektroniki. Całym sercem mogę polecić ich artykuły i aplikacje do nauki elektroniki analogowej i analogowo-cyfrowej. Sam się wiele przy tym tłumaczeniu uczę :-).

    Gdy tylko skończę tę serię artykułów skompiluje je w jeden i opatrzę przypisami i komentarzami w kilku miejscach, które wydają mi się nadal niejasne.

  • #4 07 Sie 2012 08:41
    bifi
    Poziom 15  

    Artykuł (jako całość) tłumaczy kilka spraw, jednak wydaje mi się, że niektóre szczegóły są pominięte ze względu na swoją oczywistość. W tej części pokazane dodanie samego koralika bez kondensatora (na czerwono) może nawet uszkodzić układ. Bardzo istotny jest właśnie ten kondensator.

    Mam propozycję, aby ludzie, którzy mają wiedzę i doświadczenie w projektowaniu PCB i w związku z tym w prowadzeniu mas, aby przedstawili swoje spostrzeżenia z pracy. Sam nie jestem specjalistą, ale chętnie wymienię się wiedzą.

  • #5 07 Sie 2012 08:55
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Na rysunku do obu sekcji zasilania podpięty jest kondensator odsprzęgający, po prawej stronie jest oznaczony na czerwono.

    Czemi użycie samego koralika może być niebezpieczne? pierwszy raz spotykam się z taką opinią.

  • #6 07 Sie 2012 09:11
    bifi
    Poziom 15  

    Chodziło mi właśnie o ewentualny brak tego czerwonego kondensatora.

    Użycie samego koralika może być niebezpieczne ze względu na przepięcia. Wiem, że prądy są niewielkie, a sam koralik ma istotną rezystancję, ale impulsowo pobierany prąd ma bardzo duże narastanie i opadanie prądu, przez co mogą się wyindukować szpilki napięcia.
    Jeśli jest to istotne, to mogę w wolnej chwili wykonać prostą symulację i wstawić przebiegi prądu.

  • #7 07 Sie 2012 10:06
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    Rzeczywiście, racja, już rozumiem - jak zmodulujemy prąd prostokątem (prąd pobierany przez układ cyfrowy) to na przełączeniach wytworzą nam się szpilki. Bardzo istotny komentarz :-).

  • #8 07 Sie 2012 12:22
    hardtmuth
    Poziom 20  

    bifi napisał:
    Mam propozycję, aby ludzie, którzy mają wiedzę i doświadczenie w projektowaniu PCB i w związku z tym w prowadzeniu mas, aby przedstawili swoje spostrzeżenia z pracy. Sam nie jestem specjalistą, ale chętnie wymienię się wiedzą.


    Problemem jest raczej to, że wiedza ta jest cenna i niekoniecznie powszechnie dostępna. Nie każdy chce się nią dzielić. Szkolenia swoja kosztują.

  • #9 08 Sie 2012 13:27
    ghost666
    Tłumacz Redaktor

    hardtmuth napisał:
    bifi napisał:
    Mam propozycję, aby ludzie, którzy mają wiedzę i doświadczenie w projektowaniu PCB i w związku z tym w prowadzeniu mas, aby przedstawili swoje spostrzeżenia z pracy. Sam nie jestem specjalistą, ale chętnie wymienię się wiedzą.


    Problemem jest raczej to, że wiedza ta jest cenna i niekoniecznie powszechnie dostępna. Nie każdy chce się nią dzielić. Szkolenia swoja kosztują.


    Szkolenia szkoleniami, ale jest dużo różnych poradników gdzie ludzie tą wiedzą istotnie się dzielą. Tak jak na przykład całe środowisko skupione wokół E2E Analoga. Polecam zaglądać.