Zásady návrhu a aplikace A/Č obvodů

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Zásady návrhu a aplikace A/Č obvodů"

Květoslava Vítková
před 7 lety
Počet zobrazení:

1 ásady návrhu a aplikace A/Č obvodů působy buzení A/Č převodníků Rušivé signály Napájení A/Č systémů Impedanční přizpůsobení Stínění elektronických obvodů ásady návrhu tištěných spojů Přenos signálů z hlediska EMC Mikropásková vedení Oddělení napájecích a signálových zemi 1

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

3 Buzení A/Č převodníků - vstupy A/Č převodníků SC technologie 3

4 Buzení A/Č převodníků - asymetrický vstup, symetrické buzení A/Č 4

5 Rozdílový zesilovač s rozdílovým výstupem 5

6 Rozdílový zesilovač s rozdílovým výstupem aplikace 6

7 Buzení A/Č převodníků - asymetrický vstup, symetrické buzení A/Č 7

8 Buzení A/Č převodníků - asymetrický vstup, symetrické buzení A/Č šumová kalkulace 8

9 Buzení A/Č převodníků - transformátorové a kapacitní vazby 9

10 Rušivé signály droje 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 i 1 1 C v M i u 1 u 1 C z R z u C z R z C z R z u U U 1 u u 1 C 1 C 1 C 1 C z v z v e t / C v R z R z ( C z C v ) U I 1 R 1 R z fm RRz 4 R R z ( C Cz ) u max di1 M dt z 1 10

11 Napájení A/Č systémů Rozvod zemí a napájení analogově číslicového systému Filtrace napájecích napětí měřicí zesilovač vzorkovací zesilovač S/H 100 +U B 10mF 1mF 1 +IN -IN S M n 68n OUT IN n 68n OUT C H IN A/Č převodník - A + D + EOC SER. DATA START 68nF 68nF +U B 10nF 10nF S 50mF 100 -U B -U B 1mF 1 10mF 1mF 1mF -15V 0 +15V izolované napájecí 0 +5V zdroje u B i t C změna napětí m +U B 33nF Filtrace napájecí sítě Koaxiální tlumivka L PE S Poj. 100n 6,8mH n stínění feritový toroid I 1 =-I 33nF m - U B N 6,8mH n f f 0 1 LC Nulová ss. indukce - nedochází k přesycení jádra a tím k redukci indukčnosti 11

12 Impedanční přizpůsobení Parazitní kapacity a indukčnosti 5m/cm 4nH/1m 10nH/cm 3nH Spoj je nutno impedančně přizpůsobit, je-li dvojnásobek zpoždění průchodu signálu větší, než je doba trvání nástupné hranyt r nebo sestupné hrany T f obvodu. čip 4nH/1m 5m/cm 10nH/cm C 3nH Př.: 10 cm spoj, I = 0,1A, di/dt = 0,1A/10ns, R = 10 m, L = 14 nh, U R = RI = 10, mv, U L = L di/dt =,14 V napětí U L překračuje šumovou imunitu obvodů HCMOS 0,9 V - zkrátit přívody k blokovacímu C Obvod I (ma) T r (ns) U m (V) C (pf) TTL ,4 1,6 LS 8 5 0,4 0,5 CMOS (5V) , 0,3 CMOS (1V) ,1 HCMOS 15 3,5 0,7 0,4 1

13 Stínění elektronických obvodů Elektrostatického stínění - stínící kryty z vodivého materiálu (skin efekt) Elektromagnetické stínění - ocelový plech, hliník, permalloy PY76 (4Fe + 76Ni) Tloušťka stínícího krytu d >> (hloubka vniku) Hloubka vniku Fe, Al a Cu f [khz] Fe [mm] Al [mm] Cu [mm] 0,05 0,88 11, 8,9 0,1 0,68 8,5 6,6 1 0,,7,1 10 0,08 0,84 0, ,0 0,3 0, ,008 0,08 0,08 fm B k exp B n m H/m permeabilita, Ωm d / stínící útlum n B n počet stínících krytů měrný odpor Jednoduché stínění: B = 10 až 10, vícenásobné stínění B = 10 až 10 3 Aktivní stínění: vnějším magnetickým polem, generovaným na základě měření magnetického pole ve stíněném prostoru B = 10 3 až 10 4 Stínění magnetického pole emě: 80 A/m 5 A/m Tvar stínícího krytu: uzavřený tažený nebo svařený tvar, oblé hrany, malé otvory Materiál: čisté Fe, Permalloy, Ferit 13

14 ásady 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 0 db Řazení vrstev plošných spojů vrstvy Pozn. S1 () S (P) 4 (S) S1 P S 6 (4S) S1 S S3 P S4 6 (4S) S1 S P S3 S4 6 (3S) S1 S P S3 8 (6S) S1 S S3 S4 P S5 S6 8 (4S) S1 S P S3 S4 EMC 10(6S) S1 S S3 P S4 S5 S6 EMC S signálová vrstva P napájení zem Ukončení plošných spojů na okraji desky - pravidlo 0h U CC U CC 0h prokovený otvor U CC h ND ND 14 ND

15 Přenos signálů Asymetrický přenos signálu Symetrický přenos signálu koaxiální kabel IN 0 koaxiální kabel OUT +IN -IN 0 0 OUT U 1 R s / L s / L s / R s / p C p U Potlačení souhlasné složky signálu CMRR Náhradní schéma vedení s rozprostřenými parametry Symetrický kabel (dvojlinka) 0 R s p jl jc s p L C typ druh 0 s p n k T pd LC C pf/m L mh/m d 0 T pd ns/m vodiče izolace D 1 m D ln d B(100MHz) db/100m R58 koax ,3 4,6 14,8 R59 koax ,39 5, 11, R6 koax ,44 4,4 8,9 AIRCOM koax ,5 1,7 3,3 C T 0 0 pd d D D ln d Koaxiální kabel LC plášť izolace vnitřní vodič 1 m D ln d 50, 75, 100 L 15 m D d

16 Mikropásková vedení Vodič nad plošným spojem Asymetrické mikropáskové vedení Symetrické mikropáskové vedení d vodič aktivní vodič w aktivní vodič w laminát h t uzemněný vodič h laminát b h t h uzemněný vodič uzemněné vodiče 60 4h 0 ln d r, d 0,6 mm, h,54 mm 0 10Ω 0 T pd 87 6h ln r 1,4 0,8w t 0,475 r 0,67 0 T 60 4b ln r 0,67w0,8 pd 0,475 r 0,67 t w 0 w mm C pf/cm L nh/cm T pd ns/cm 50,67 1,15,86 0, ,7 0,75 4,3 0, ,63 0,59 5,9 0,057 16

17 Oddělení napájecích a signálových zemi Oddělení napájecích zemí Izolační přemostění Izolační příkop L V cc V DDA izolační příkop spojeno se stíněním izolační příkop spojeno se stíněním 4x100R DND AND I/O imulsní trafo (optron) DC/DC I/O AND DND Antiparalelně zapojené Schottky diody chrání analogově číslicové obvody proti působení elektrostatického napětí. Izolační přemostění soustřeďuje signály do určitého místa a nevyžaduje jejich galvanickou izolaci. emě AND a DND jsou přemostěny tlumivkou cca 47m Izolační příkop galvanicky izoluje analogově číslicové obvody od číslicových obvodů. Vyžaduje užití izolačních transformátorů (optronů) a DC/DC měniče. 17

18 Příklad zapojení rychlého A/Č systému 18

19 Vrstvy tištěných spojů rychlého A/Č systému 19

Podobné dokumenty

Katalogový list Návrh a konstrukce desek plošných spojů. Obj. číslo: Popis. Ing. Vít Záhlava, CSc.

Katalogový list Návrh a konstrukce desek plošných spojů. Obj. číslo: Popis. Ing. Vít Záhlava, CSc. Katalogový list www.abetec.cz Návrh a konstrukce desek plošných spojů Obj. číslo: 105000443 Popis Ing. Vít Záhlava, CSc. Kniha si klade za cíl seznámit čtenáře s technikou a metodikou práce návrhu od elektronického