Signal Duruming Devre Tasarımında Zemin ve Shielding'in İşareti

Signal Integrity in Duruming Circuits

SignalRY devreleri, ham sensör çıktıları ile ilgili boşlukları ve analog-dijik dönüştürücüler (ADC) veya kontrol sistemleri tarafından gerekli olan hassas sinyalleri köprüler köprüler. En gelişmiş yükselteçli sinyal yolu, gürültü, sürüklenme veya müdahale ile bozulmuşsa bile işe yaramaz hale getirilebilir.Bu makale, pratik uygulamalar ve sağlam sinyallendirme tasarımının yatakrockunu doğru bir şekilde gerçekleştirirken, gürültüyü bastırır, elektromanyetik müdahaleyi önlerler.

Gürültü Fiziği ve Yerleme ihtiyacı

Herhangi bir elektronik sistemde, gerilim göreceli bir miktardır. “signal”, iki düğüm arasında potansiyel farkdır ve referans düğümü genellikle bu mevcut zemin için düşük maliyetlidir. Devredeki referans gerilimi olmadan.

Bir referans sağlamak ötesinde, zemin ayrıca, dünyaya maruz kalan uçlu parçalar tarafından bir güvenlik işlevine hizmet eder, elektrik şokunu önlemek. sinyal Klimada birincil hedef, sinyalin bozulmasına yol açan nokta arasında gerilim farklılıkları en aza indirmektir.Bu ilke, çeşitli avantajları ve ticaret-offları ile birlikte çeşitli avantajlarına yol açar.

Signal Duruming

Mühendisler genellikle üç tür zemin arasında ayrım yaparlar, ancak pratikte birbirine bağlı olabilirler:

Doğru zemin türünü seçmek sadece başlangıçtır; bu sebeplerin nasıl bağlantılı olduğunu yönetmek, tasarım zorluklarınun ortaya çıktığı yerdir.

Star Grounding ve Ground Loops'e Karşı Savaş

AFLT:0) Yer iletkenleri boyunca, iki ayrı zemin noktası bir yolla bağlantılı olduğunda, manyetik alanları toplayabilecek ve mevcutları dolaşıma sokabilecek kapalı bir döngü oluşturabilir.Bu akımlar, ölçüm için istenmeyen bir sinyal ekliyor. Klasik bir işaret 50 Hz veya 60 Hz hum (ve harmonikleri) sinyalini ortaya koyuyor.

Zemin döngülerini ortadan kaldırmak için, [[DÜŞÜNÜ:0) Yıldız zemini[Dönetici: 1) Üstoloji genellikle bir yıldız zemininde, tüm zemin bağlantıları bir fiziksel noktada karşılamak - “yıldız, dijital nedenlerle ve güç gerekçesiyle sadece yıldıza bağlı olmalıdır.

Karmasignal sistemler için, birçok tasarımcı analog ve dijital zemin uçaklarını ayırır, ADC'nin tek bir köprü veya ferrite bead kullanarak analog domainden yüksek frekanslı dijital gürültüyü önlemek için.Bu teknik ayrıntılı olarak tanımlanır.Analog Cihazları Başvuru Notu).

Yer Impedance ve Frekans Tahminleri

Düşük frekanslarda, bakır bir iz yakın bir direnç olarak hareket eder, ancak frekans artışları olarak, iznin endüktif tepkisi önemli hale gelir. 1 inç PCB izi, 100 MHz'de yer alan bir yük kesintisi meydana gelir.Bu, yüksek frekanslı sinyallendirmede (örneğin, hızlı bir şekilde ADCs için), tek bir noktaya dayanan zemine dayanan bir yük devretmeliğe sahip olabilir.

Yüksek frekanslı devreler için, aİLFLT:0)multipoint zemining[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli) için: Düşük uçlu bir zemin düzleme doğrudan bağlantı kurmak, uçak kendi sinyallerinin genişliğine bağlıdır; PCB'de neredeyse üniformalı bir potansiyel sağlamak, ancak bu yaklaşım, 10 MHz'in altında bir geçiş bölgesine saygı duymayan bir zemin döngüsüdür.

Shielding: Signals from outside Interference

Kapılar, dış elektrik alanları (E-fields) ve manyetik alanları (H-fields) reddetme veya sinyal yoluna ulaşmadan önce elektromanyetik enerjiyi yansıtan bir bariyerde bulunur.In sinyal Klima, kalkanlama, güç malzemeleri veya radyo frekansı vericileri yakın çalışır.

Elektrikli Alan Shielding

Elektrikli alanlar zemine bağlı bir iletken bariyerle kolayca engellenir. kalkan bir Faraday kafesi yaratır: kalkantaki herhangi bir elektrik alanı, alanın içine iptal ettiği suçlamaları tetikler.Bu nedenle, folyo kalkanları ve dikişleri kablolara karşı çok etkili olur.

Manyetik Alan Shielding

Düşük frekanslı manyetik alanlar (örneğin, güç dönüştürücülerden) daha zor bloklar. Elektrikli kalkanlar basit iletkenler olsa da, manyetik kalkanlar, yüksek manyetik permeability (örneğin, mu-metal gibi) ile hassas alandan uzaklaşır.Daha yüksek frekanslarda, eddy akımları manyetik kalkanlar da manyetik kalkanlar sağlar, ancak düşük frekanslar için gerekli olan kalınlıklar ters yönde engellenir.

Bu nedenle, kablo koruyucu etkinliği mükemmel bir bakış sağlanmaktadır:0)Texas Instruments application raporu).

Shields türleri

Shield Grounding Strategies

Bir kalkanı yere bağlamak sadece bir teli takan kadar önemsiz değildir. yanlış bağlantı, bir zemin döngüsü oluşturmaktan kalkanı engelleyebilir. standart uygulama ADC kuruluna bağlanan bir sensörle birlikte, sadece ) sonlanır (veya yüksek frekanslı bir kanaldan bağlı olarak, yüksek frekanslı bir kanaldan korunmayı önler.

Ancak, 1 MHz'in üzerindeki frekanslarda, kalkan hem de bir eğimli bir şekilde yeniden şarj edilebilir, [Dönetici:0] çok yüksek frekanslarda, kalkan doğrudan birden fazla noktada yüzeye bağlanabilir[Dönemli).[Dönemli) veya bir zemin düzlemde bulunan bir kablonun üzerinde durmuş durumda[Dönemli bir şekilde ayarlanabilir.[Dönetici).

Yerleşme ve Shielding

Yerlendirme ve kalkanlama bağımsız değildir; her iki tekniği birleştirmek için iyi bir alanlı sistem hala gürültüyü alır ve mükemmel bir kalkan sistemi zemin döngüleri ile birlikte gürültü enjekte eder.

PCB Layout Principles for Karma-Signal Designs

Uygulamada yer alan koruyucular

Bir kalkanı bir PCB'ye bağlarken, uzun domuz tellerini önlemek için, 360° bağlantı kullanın - koak kablolar için, giriş noktasındaki şasi ile donatılmış özel bir bağlantı.Sürek telleri için, kabloyu mümkün olduğunca yakın yere sonlandırmak için.

Ek bir teknik, aritme referansı olarak aynı potansiyele doğru giden bir izdir.(örneğin, düşük bir kesintiye maruz kalma referansına bağlı olarak, özellikle yüksek hacimli sensör arayüzlerine karşı bir kalkan sunar.

Vaka Çalışması: Termo çift Signal şartlandırma

Termo çiftler çok düşük seviyeli sinyaller (mikrovoltlar derece yüksek) üretir ve gürültüye son derece hassastır. Tipik bir sinyal zinciri, bir araçlama yükselticisi, soğuk-uzlaştırma tazminatı (CJC) sensörü ve bir ADC. Zeminleme ve kalkanlama sık sık sık bu adımları takip eder:

  1. Termo çiftten sinyal kontrol kuruluna doğru kalkan kabloyu kullanın. Gemideki kalkanı sadece sona erecektir.
  2. Kombinasyondan önce RF müdahalesini kaldırmak için girişte düşük seviyeli bir filtre kullanın.
  3. Alet amplitüdünün referans piminin düşük kesintili bir bağlantı ile analog zemine bağlı olduğunu sağlayın.
  4. Eğer termo çift toprağa dokunarak (örneğin, metal boruya dokunur), boru yoluyla zemin döngülerine dikkat edin. izolasyon kullanın (e.g., izole bir yükselteç veya opto çiftleri) döngüyü kırmak için.
  5. CJC sensörlerini termo çift bağlantıya yakın ve yerel bir zemin uçağı ile korur.

Ortak Pitfalls ve Them'dan Nasıl Kaçırmak

Ortak tasarım hataları hakkında daha fazla okuma için, [[0]N makale zemin ve routing[Döneticileri) değerli bilgiler sunar.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Zemin ve kalkanlama, ölçüm sistemleri tarafından talep edilen yüksek doğruluk ve tekrarlanabilirlik düzeyinin, veri toplama ve kontrol sistemlerinin frekans içeriğini değerlendirerek, çevre ve sistem mimarisinin uygun zemin topolojiye (star, zemin uçağa veya karma) ve kalkan sonlandırma stratejisine karşı olmasını sağlar.En iyi uygulamalara, hatta en zorlu gürültü ortamların tamamını değerlendirmeli, doğru şekilde değerlendirilmelidir.

Zemin ve kalkan arasındaki etkileşim, yüksek hızlı ve karışık imzalı IC'lerde ilerlemelerle gelişmeye devam ediyor.Mevcut yarı iletken üreticilerden başvuru notları ile mevcut kalıyor - Analog cihazlar, Texas Instruments ve Linear Teknolojisi gibi - bu becerileri geliştirmek ve güven ile yeni tasarım zorlukları ele almak için mükemmel bir yol.