Развязывающие колпачки шины питания для аналоговых схем

Во-первых, терминология, которую я использую, может быть полной чушью — я все еще учусь.

У меня есть плата смешанных сигналов для измерения биосигналов. Четырехслойная плата будет иметь разделенную плоскость заземления, аналоговую землю и основную землю (для микроконтроллера, SD-карты, дополнительных датчиков и т. д.), звезду, соединенную с контактами питания через ферритовую бусину. Предыдущие версии (которые я не разрабатывал) имели серьезные проблемы с шумом.

Должны ли аналоговые схемы (в основном операционные усилители и т. д.) иметь дополнительные развязывающие конденсаторы рядом с физическими микросхемами в дополнение к колпачкам на выходах DC/DC и зарядового насоса, которые питают их? аналогично изображению ниже.

Дифференциальный усилитель

Предполагая, что он должен иметь развязывающие колпачки, какого размера и почему? DC-DC и накачка заряда находятся в диапазоне от сотен кГц до нескольких МГц, в то время как аналоговые сигналы, которые нас интересуют, имеют частоту менее 100 Гц с центром около 10 Гц.

Наконец, все компоненты представляют собой пакеты Imperial 0805 (для удобства еще в стадии прототипирования). Операционные усилители - 0PA2277 (дополнительный вопрос: лучше ли использовать OPA4277, с 4 операционными усилителями в упаковке вместо 2, с точки зрения шумовых характеристик?).

Если у вас есть проблема с шумом, вам нужно выяснить, откуда он исходит, прежде чем пытаться его исправить.
@MattYoung Основной источник шума — 50 Гц — улавливается оригинальной платой, которая имеет затопленное заземление, а не выделенную плоскость заземления, и выводы датчика (даже если они экранированы). <большая часть этого удаляется режекторным фильтром. Остальным источником шума являются питающие шины - питаемые от переключающего DC-DC и зарядного насоса, мы наблюдали большое количество шума (почти до вольта).
Вы должны опубликовать больше информации, если это возможно.
@scld Как я уже сказал, я все еще учусь - какая информация будет полезна?
Вся схема всегда помогает, но если вы не можете (или не имеете права), вы можете подробнее описать схему питания и заземления предыдущего проекта. Разделение заземляющей плоскости — это продвинутая техника, требующая множества нюансов, которые могут не понадобиться в вашем проекте.
Вы говорите биосигналы, и я думаю о шуме 50 Гц, который, вероятно (конечно), исходит от любых внешних проводов, подключенных к узлам с высоким импедансом. Развязка важна, но здесь она вам не поможет, равно как и разделение заземляющего слоя. Стандартный способ избавиться от дерьма 50 Гц — это программное обеспечение с режекторным КИХ-фильтром.
@matt Young, как я уже упоминал в комментарии выше, для этой цели схема содержит режекторный фильтр.

Ответы (1)

Все активные компоненты должны иметь развязывающие конденсаторы. Дорожки на печатной плате между вашей частью и источником питания действуют как паразитные резисторы и катушки индуктивности, и если вы не разъедините свои ИС, то тогда, когда их требования к питанию быстро меняются - например, когда они пытаются изменить свой выходной сигнал в ответ на что-то - изменение требований к питанию приведет к падению напряжения и выбросам из-за длинных дорожек печатной платы. Близлежащий развязывающий конденсатор устраняет этот высокочастотный шум, локально обеспечивая эти кратковременные всплески.

Конденсаторы 0,1 мкФ являются разумным выбором по умолчанию для развязки; если ваше устройство может иметь особенно высокие требования к потребляемой мощности, вы должны добавить конденсатор емкостью 1 мкФ или больше параллельно.

Что касается заземления, то в Интернете вы найдете много противоречивых советов по этому поводу. Разделенные заземляющие плоскости часто менее просты и более проблематичны, чем вы можете предположить, потому что обратные токи предпочитают протекать по опорной плоскости под сигнальной дорожкой. Если какая-либо из ваших дорожек пересекает разветвление в заземляющем слое, вы заставите этот ток отклоняться вокруг разлома в заземляющем слое, вызывая гораздо больше шума, чем вы могли бы устранить, разделив заземляющий слой в первую очередь.

В этой статье дается прекрасное описание того, почему вам следует рассмотреть возможность использования одной заземляющей плоскости в сочетании с тщательной разводкой.

Имеет ли значение, что и у власти, и у земли есть самолеты? Плоскость Power разделена еще больше (четыре различных требования к напряжению), но даже при этом «следы» для питания очень широкие.
Ответ на этот вопрос во многом зависит от вашего полного дизайна. Правильные трассы питания с достаточным количеством шунтирующих конденсаторов во многих случаях хороши, но на самом деле это зависит от обстоятельств.
@Mauvai Это помогает снизить импеданс, но ничто не избавляет от необходимости размещать развязывающие колпачки в непосредственной близости от всех активных устройств.
Развязывающие колпачки шины питания для аналоговых схем
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v