Me gusta proteger un circuito sensible mío con un escudo. No tengo una imagen, pero básicamente, he reunido un rectángulo de tierra de 1 mm de espesor en la capa superior, y colocaré el escudo encima de esta de manera que haga contacto con este rastro de tierra.
Tengo algunas preocupaciones
- ¿Estoy creando un bucle de tierra al hacer esto?
- Si no uso el escudo, ¿estoy haciendo una antena que capte el ruido?
- ¿Cuál es la práctica recomendada para este tipo de escudo?
En realidad, me gusta conectar el escudo en un solo punto, pero una persona de hardware que tiene más experiencia insiste en que le gusta tener un suelo rectangular completo expuesto, para que el escudo pueda tocar el suelo en cada punto.
Actualizar
Aquí hay una representación muy rudimentaria.
ACTUALIZACIÓN 2
El ruido está en la salida de nuestro amplificador (transimpedancia). Está alrededor de 3-5 mV para una amplificación de 300,000. (He cometido errores en el primer diseño y ahora estoy haciendo un mejor tablero y el objetivo es reducir el ruido de la primera etapa a menos de 1 mV).
Tengo dos LDO que toman energía de la batería. Ambos son altos PSRR . Esta es una placa de seis capas con el siguiente apilamiento, S / G / S / G / P / S. Esto es un poco inusual, pero oculto señales sensibles entre estos motivos. El tablero no necesita ser de seis capas, pero esto luego se convertirá en parte de otro tablero lleno de gente, de ahí las seis capas.
Las fuentes de ruido son abundantes:
Fuente de alimentación: atenuamos esto con buenos LDO, filtrado ( filtro pi ), condensadores de derivación, etc. Hasta ahora, en el peor de los casos, veo una ondulación de 1-2 mV en la alimentación; Esto incluso podría ser mi equipo. (No tengo un buen equipo, también los amplificadores tienen 50 + dB PSRR, por lo que esto debería tener un impacto mínimo en la salida).
Ruido de Opamp: este es el ruido inherente que proviene del amplificador. Tengo un opamp de bajo ruido. .
Fotodiodo: uso un fotodiodo grande, esto capta el ruido, inevitable.
Otras fuentes electromagnéticas: hemos visto que la placa es muy sensible, el ruido aumenta en diversas situaciones. Además, los esquemas de referencia de algunas fuentes recomiendan proteger las fuentes de reducción de ruido exterior, por lo que estamos poniendo esta opción de protección para probar nuestra próxima placa.
ACTUALIZACIÓN 3
- 3-5 mV existe incluso sin el 10K y el C1. Esencialmente no hay entrada para el opamp. Esto me hace pensar que mi diseño no es perfecto.
Aquí están los esquemas básicos para el amplificador. Puedo agregar más si creemos que es necesario.
Se han observado las siguientes reglas:
- Completa dos capas de tierra conectadas a través de varias vías .
- El suministro de 3.3 V (también el suministro para los opamps) se filtra a través de un condensador de tantalio de 2.2 µF y la red pi (volcado de 100 kHz) antes del suministro al fotodiodo (es decir, antes de la resistencia de 10K). También tenemos condensadores 1/100/10 nF cerca de los 10K. (No estoy seguro de que sea una buena idea, pero es mejor estar seguro).
- C1 bloquea la CC (arquitectura acoplada a CA), solo amplificamos la CA.
- Opamp tiene 1/100/10 nF en los pines de alimentación y polarización (la polarización es proporcionada por el segundo LDO).
- El condensador de retroalimentación y la resistencia se colocan lo más cerca posible del opamp.
- Todos los rastros de señal entre los fotodiodos y opamps se minimizan; Estamos hablando de <2 cm en el peor de los casos.
- Todas las señales consideradas críticas se colocan entre dos capas de tierra.
También otra observación que explica por qué pensamos en el blindaje: conecto una resistencia a nuestro generador de funciones y la enciendo, esto es a través de cables de cocodrilo, (esencialmente una antena de bucle) para que sepamos que se irradia a la frecuencia que elijamos. Puedo ver la salida de opamp recogiendo esto muy bien y amplificándolo. Entonces, es muy claro para mí que las fuentes externas entran en juego, de ahí toda la discusión.
Respuestas:
Cuando escucho por primera vez a alguien que quiere usar un escudo, empiezo diciendo que un escudo es el primer refugio de los incompetentes. Eso no es del todo justo, ya que hay usos legítimos para los escudos, pero establece el tono para la discusión real, que generalmente se trata de emisiones de RF o susceptibilidad y, en última instancia, sobre una mala conexión a tierra que está causando el desastre.
Un escudo debe ser el último refugio de los competentes. Los escudos también tienen desventajas significativas, más allá del problema de costo obvio. Los incompetentes creen en el mito de que si encierras algo en una caja conductora, la energía de RF no puede salir ni entrar. Eso no es verdad. Un escudo también puede convertirse en una antena si no está diseñado correctamente.
Antes de que podamos hablar sobre su escudo, primero tenemos que repasar su estrategia de puesta a tierra con cuidado. Los escudos y la conexión a tierra van de la mano. Explique cuál es exactamente el problema si cree que el escudo lo resolverá, cómo está todo conectado a tierra, cuáles son las fuentes de ruido, etc.
En general, una buena conexión a tierra hará más para reducir las emisiones de RF y la susceptibilidad que un escudo. Si la conexión a tierra se realiza correctamente, un escudo puede agregar una atenuación adicional de las emisiones. Si la conexión a tierra se hace mal, el escudo podría convertirse en una antena y empeorar las cosas. Con una buena conexión a tierra, generalmente desea que el blindaje que encierra el circuito con la menor cantidad de agujeros posible, conectado a la conexión a tierra del circuito principal en exactamente un lugar .
Nuevamente, cuéntenos más sobre su circuito, diseño y problema. Entonces podemos discutir más sobre el escudo si aún es apropiado.
Agregado después de la actualización 2:
Parece que su principal preocupación es que el ruido llegue a su señal analógica. Actualmente tiene un ruido de 3-5 mV en la salida del primer amplificador, pero desea reducirlo a 1 mV. Usted dice que este es un amplificador de transimpedancia, pero esto se contradice con su ganancia de 300k, por lo que todavía no sabemos cuál es realmente su circuito.
¿De dónde viene la señal de entrada? ¿Cómo llega a la entrada del amplificador? ¿Cuál es su referencia y qué ha hecho para asegurarse de que esta referencia esté limpia? El verdadero problema es hacer que esta primera etapa del amplificador tenga el menor ruido posible. Después de eso, la señal es de mayor nivel y menor impedancia, por lo que no será tan susceptible. ¿Cuáles son las fuentes de ruido externas que entran en la señal de entrada? ¿Cuánto ruido sale de la primera etapa si acorta su entrada?
El alto PSRR para amplificadores y reguladores de voltaje es bueno, pero tenga en cuenta que solo se aplica a bajas frecuencias. Si tiene un circuito particularmente sensible, dele su propio regulador lineal con las entradas de la fuente de alimentación a ese regulador filtradas. Algo como un inductor de chips seguido de un gran condensador de cerámica a tierra frente al regulador suele ser bueno. Quizás incluso dos de estos en serie. El punto es eliminar las altas frecuencias en la alimentación de la fuente de alimentación de modo que la electrónica activa en el regulador pueda manejar el resto. Me gustaría ver que los filtros salgan a 10 kHz o menos. También desea mantener las fuentes de alimentación sin filtrar alejadas de la señal de entrada para evitar la captación capacitiva. Los rastros de guardia pueden ayudar.
No me gustan las dos capas del suelo. Dos capas de tierra pueden meterte en problemas a menos que se unan regularmente. Una vez más, estás pensando en escudo cuando, en cambio, deberías pensar cuidadosamente sobre la conexión a tierra. Visualice todas las corrientes de retorno que fluyen y asegúrese de que los componentes de alta frecuencia no fluyan a través del plano de tierra. Utilice planos locales subterráneos bajo secciones específicas que produzcan ruido de alta frecuencia o que sean sensibles a dicho ruido. Los condensadores de derivación inmediata van a la red de tierra local, que luego está vinculada a la red de tierra global en un solo lugar.
Muestre el circuito de la primera etapa del amplificador y explique cómo se disponen realmente todos los motivos.
Agregado después de la actualización 3:
3-5 mV existe incluso sin el 10K y el C1. Esencialmente no hay entrada para el amplificador operacional. Esto me hace pensar que mi diseño no es perfecto.
Eso le dice que el ruido no proviene del fotodetector, por lo que puede olvidarse de eso por ahora. El ruido está en el voltaje de polarización para la entrada positiva o está en el suelo.
Completa dos capas de tierra conectadas a través de varias vías.
Nuevamente, no creo que sea una buena idea por dos razones. Primero, estos dos planos deben coserse juntos regularmente. Eso no es tan fácil de hacer como parece. En segundo lugar, parece que, por lo tanto, no usó el subsuelo para subsistemas críticos. Parte del objetivo de estos sub-terrenos es aislar las corrientes de bucle de alta frecuencia para mantenerlas alejadas del suelo principal. Al conectar cada subsuelo a tierra principal en un solo lugar, mantiene las corrientes de bucle de alta frecuencia locales y evita que el subsistema vea voltajes de compensación entre diferentes puntos de tierra debido a las corrientes en el plano de tierra.
El suministro de 3.3 V (también el suministro para los amplificadores operacionales) se filtra a través de un condensador de tantalio de 2.2 µF y una red pi (volcado de 100 kHz) antes del suministro al fotodiodo (es decir, antes de la resistencia de 10K).
Pero no muestras nada de eso. Un condensador de tantalio tendrá una respuesta de alta frecuencia más pobre y una ESR más alta que un condensador de cerámica. Realmente no hay ninguna razón para usar un capacitor de tantalio a este voltaje y capacitancia. Además, un condensador por sí solo no es muy bueno sin cierta impedancia contra la cual trabajar. Menciona una red pi, pero nada de esto se muestra en el esquema y solo habla de una sola capacitancia, para que eso no cuadre.
Como también dije antes, 100 kHz es demasiado alto. Como dije, me gustaría ver que 10 kHz o menos.
También tenemos condensadores 1/100/10 nF cerca de los 10K.
Bien, pero de nuevo, necesitan cierta impedancia para trabajar en contra. Un inductor de chips de cuentas de ferrita en serie con la alimentación de suministro haría eso, como dije antes.
El amplificador operacional tiene 1/100/10 nF en los pines de alimentación y polarización
OK, pero una vez más, estos necesitan cierta impedancia para trabajar. Un inductor de chip en serie ayudaría.
Además, de nuevo, ¿dónde se conectan exactamente estos condensadores a tierra? Sospecho que solo estás atravesando tus planos de tierra. Nuevamente, todo esto debe estar conectado a una red de tierra local conectada al plano de tierra principal en un solo punto.
El condensador y la resistencia de retroalimentación se colocan lo más cerca posible del amplificador operacional.
Bueno.
Todos los rastros de señal entre los fotodiodos y los amplificadores operacionales se minimizan; estamos hablando de <2 cm en el peor de los casos
Ya ha demostrado que no es de donde proviene el ruido.
Todas las señales consideradas críticas se colocan entre dos capas de tierra.
Una vez más, este tipo de protección solo es útil si tienes un terreno limpio, lo que creo que no. Si no lo hace, todo lo que hace es aumentar el acoplamiento capacitivo del ruido en el suelo a su señal.
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