Č obvodů

Zásady návrhu a aplikace A/Č obvodů Způsoby buzení A/Č převodníků Rušivé signály Napájení A/Č systémů Impedanční přizpůsobení Stínění elektronických obvodů Zásady návrhu tištěných spojů Přenos signálů z hlediska EMC Mikropásková vedení Oddělení napájecích a signálových zemi

A3M38ZDS_14

1

Buzení A/Č převodníků – asymetrický vstup, asymetrické buzení A/Č, jednoduché napájení

Převzato: www.analog.com A3M38ZDS_14

2

Buzení A/Č převodníků - vstupy A/Č převodníků SC technologie


3

Buzení A/Č převodníků - asymetrický vstup, symetrické buzení A/Č


4

Rozdílový zesilovač s rozdílovým výstupem


5

Rozdílový zesilovač s rozdílovým výstupem – aplikace


6

Buzení A/Č převodníků - asymetrický vstup, symetrické buzení A/Č


7

Buzení A/Č převodníků - asymetrický vstup, symetrické buzení A/Č – šumová kalkulace


8

Buzení A/Č převodníků - transformátorové a kapacitní vazby


9

Rušivé signály Zdroje elmg. rušení: přirozené (slunenční záření, atmosférické poruchy, blesky) umělé (silové stroje, transformátory, motory, el. pece, vysílače) Vazební médium: vodiče (galvanické vazby), izolanty (kapacitní a indukční vazby) Ss. rušivé signály: úbytky napětí na vodičích izolace signálů (izolační zesilovače) termoelektrická napětí - eliminace teplotní egalizací, párováním spojů (spoje Cu-Cu, Cu-Ag, Cu-Au, Cu-70Cd30Sn 0,3 mV/K, Cu-PbSn 3 mV/K, CuCuo 1 mV/K) Stř. rušivé signály: elektrostatická indukce, elektromagnetická indukce Elektrostatická indukce

Elektromagnetická indukce i1

Z1 M

Cv

i2

u1

u1 Cz

U2 U1



Rz

u2

Cz

Rz

Cz

Rz

u2

Z2

1  Cz  1  Cv 

2

 1   2 2 2  4 Cv Rz

u2  1 t /   e u1 1  C z Cv

  Rz ( C z  Cv )

U2 I1



2fM 2

 Rz   RR  1    4 2  2 z (C2  C z )   R2   R2  Rz 

A3M38ZDS_14

di1 dt  Zz 1 Z2 M

2

u 2 max

10

Napájení A/Č systémů Rozvod zemí a napájení analogově číslicového systému vzorkovací zesilovač

měřicí zesilovač +IN

10mF

S/H

-IN

-

G

+

EOC

A/Č převodník

S MZ

Filtrace napájecích napětí

IN OUT

G

+

-

68n 68n

68n 68n

OUT CH

AG

+

DG

+

68nF

10nF

START 10nF

68nF

50mF

SG

izolované napájecí zdroje

0

1mF 1

-UB

uB  0 +15V

-UB

100

1mF 1mF

-15V

1mF 1

+UB

+UB

SER. DATA

IN -

100

+5V

i C

10mF

t změna napětí m +UB 33nF

Filtrace napájecí sítě

Koaxiální tlumivka 33nF

S

Poj.

feritový toroid

6,8mH stínění

L 100n

2n2

G I1=-I2

m - UB

PE 6,8mH

2n2

f  f 0 

N

Nulová ss. indukce - nedochází k přesycení jádra a tím k redukci indukčnosti

A3M38ZDS_14

1 2 LC 11

Impedanční přizpůsobení Parazitní kapacity a indukčnosti 5m/cm

10nH/cm

3nH

Spoj je nutno impedančně přizpůsobit, je-li dvojnásobek zpoždění průchodu signálu větší, než je doba trvání nástupné hranyTr nebo sestupné hrany Tf obvodu.

4nH/1m čip

C 4nH/1m 3nH

I (mA)

TTL

16

8

0,4

LS

8

5

0,4

0,5

1

70

1,2

0,3

CMOS (12V) 1

25

3

0,1

3,5

0,7

0,4

CMOS (5V) 5m/cm

10nH/cm

Př.: 10 cm spoj, I = 0,1A, di/dt = 0,1A/10ns, R = 102 m, L = 214 nH, UR = RI = 10,2 mV, UL = L di/dt = 2,14 V

HCMOS

15

Tr (ns)

Um (V)

Obvod

C (pF) 1,6

napětí UL překračuje šumovou imunitu obvodů HCMOS 0,9 V - zkrátit přívody k blokovacímu C

A3M38ZDS_14

12

Stínění elektronických obvodů Elektrostatického stínění - stínící kryty z vodivého materiálu (skin efekt) Elektromagnetické stínění - ocelový plech, hliník, permalloy PY76 (24Fe + 76Ni) Tloušťka stínícího krytu d >>  (hloubka vniku) Hloubka vniku Fe, Al a Cu f [kHz]

Fe [mm]

Al [mm]

Cu [mm]

0,05 0,1 1 10 100 1 000

0,88 0,68 0,2 0,08 0,02 0,008

11,2 8,5 2,7 0,84 0,3 0,08

8,9 6,6 2,1 0,66 0,2 0,08



 fm

m H/m  permeabili ta,  Ωm měrný odpor

B  k expd /   stínící útlum

Bn  B n n  počet stínících krytů

Jednoduché stínění: B = 10 až 102, vícenásobné stínění B = 102 až 103 Aktivní stínění: vnějším magnetickým polem, generovaným na základě měření magnetického pole ve stíněném prostoru B = 103 až 104 Stínění magnetického pole Země: 80 A/m  5 A/m Tvar stínícího krytu: uzavřený tažený nebo svařený tvar, oblé hrany, malé otvory Materiál: čisté Fe, Permalloy, Ferit

A3M38ZDS_14

13

Zásady návrhu tištěných spojů Volba nízkopříkonových součástek s maximální hustotou integrace - minimalizace rušení Rozmístění součástek směrem od vyšší k nižší šířce pásma

Volba minimálního vzorkovacího kmitočtu - omezení rušení Rozvod vzorkovacích signálů harmonickým, příp. lichoběžníkovým průběhem minimalizace výskytu vyšších harmonických Prokládání datových spojů uzemněnými vodiči - snížení přeslechu až o 20 dB Řazení vrstev plošných spojů vrstvy

1

2

3

4

5

6

2

S1 (G)

S2 (P)

4 (2S)

S1

G

P

S2

6 (4S)

S1

G

S2

6 (4S)

S1

S2

6 (3S)

S1

8 (6S)

S3

P

S4

G

P

S3

S4

G

S2

P

G

S3

S1

S2

G

S3

S4

8 (4S)

S1

G

S2

G

10(6S)

S1

G

S2

S3

S signálová vrstva

P napájení

7

8

P

S5

S6

P

S3

G

S4

G

P

S4

S5

9

10

Pozn.

EMC G

S6

EMC

G zem prokovený otvor

20h

Ukončení plošných spojů na okraji desky - pravidlo 20h

UCC

UCC

UCC h

GND

A3M38ZDS_14

GND

GND

14

Přenos signálů Asymetrický přenos signálu

Symetrický přenos signálu koaxiální kabel

Z0 +IN

koaxiální kabel

Z0

IN

OUT Z0

OUT

-IN Z0

G

G

Z0

G

Z0

G

Potlačení souhlasné složky signálu CMRR Náhradní schéma vedení s rozprostřenými parametry Symetrický kabel (dvojlinka) Rs/2

U1

Ls/2

Ls/2

Gp

Rs/2

Cp

Rs  jLs Ls Z0    ZnZk G p  jC p Cp

d

U2

Koaxiální kabel d

vodiče

plášť izolace vnitřní vodič

izolace D

T pd  LC

Z0 

1



m 2D ln  d

D

1 m D ln 2  d Z 0  50, 75, 100 Z0 

typ

druh

Z0 

C pF/m

L mH/m

Tpd ns/m

B(100MHz) dB/100m

RG58

koax

50

93

0,23

4,6

14,8

RG59

koax

75

69

0,39

5,2

11,2

RG62

koax

100

44

0,44

4,4

8,9

AIRCOM

koax

50

12

0,25

1,7

3,3

A3M38ZDS_14

C

2 D ln d

L

m D 2 d

T pd  LC 15

Mikropásková vedení Vodič nad plošným spojem

Asymetrické mikropáskové vedení

Symetrické mikropáskové vedení

d

aktivní vodič w

aktivní vodič w

vodič

b

h

laminát

h t h

t

h

laminát

uzemněný vodič

uzemněný vodič

uzemněné vodiče

4h d   r  2, d  0,6 mm, h  2,54 mm Z0 

60

ln

Z 0  120Ω

Z0 

87 6h ln  r  1,4 0 ,8 w  t

Z0 

T pd  0 ,475  r  0 ,67

r

ln

4b t   0 ,67w 0 ,8   w 

T pd  0 ,475  r  0 ,67

Z0 

w mm

C pF/cm

L nH/cm

Tpd ns/cm

50

2,67

1,15

2,86

0,057

75

1,27

0,75

4,23

0,057

100

0,63

0,59

5,9

0,057

A3M38ZDS_14

60

16

Oddělení napájecích a signálových zemi Oddělení napájecích zemí

Izolační přemostění

Izolační příkop

izolační příkop

spojeno se stíněním izolační příkop

L Vcc

VDDA

spojeno se stíněním

4x100R imulsní trafo (optron) DGND

I/O

I/O

AGND

DC/DC

AGND

Antiparalelně zapojené Schottky diody chrání analogově číslicové obvody proti působení elektrostatického napětí.

DGND

Izolační přemostění

Izolační příkop

soustřeďuje signály do určitého místa a nevyžaduje jejich galvanickou izolaci.

galvanicky izoluje analogově číslicové obvody od číslicových obvodů.

Země AGND a DGND jsou přemostěny tlumivkou cca 47m

Vyžaduje užití izolačních transformátorů (optronů) a DC/DC měniče.

A3M38ZDS_14

17

Příklad zapojení rychlého A/Č systému


18

Vrstvy tištěných spojů rychlého A/Č systému

Převzato: www.analog.com

19

Č obvodů

Recommend Documents