Herzlich Willkommen beim beam-Verlag in Marburg, dem Fachverlag für anspruchsvolle Elektronik-Literatur.


Wir freuen uns, Sie auf unserem ePaper-Kiosk begrüßen zu können.

Aufrufe
vor 9 Jahren

3-2015

  • Text
  • Komponenten
  • Technik
  • Radio
  • Filter
  • Oszillatoren
  • Quarze
  • Emv
  • Wireless
  • Messtechnik
  • Bauelemente
  • Frequenzen
  • Tdemi
  • Software
  • Messung
  • Spule
  • Mikrowellentechnik
Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Rubriken Praxis Bild 13:

Rubriken Praxis Bild 13: Ein A/D-Konverter hat analoge und digitale Masseanschlüsse. Dabei sind die Bypasskondensatoren entscheidend, weil sie dafür sorgen, dass HF die ICs als auch die Versorgung umgehen kann. Es gilt: Je größer die Entfernung und somit parasitäre Impedanz zwischen der Versorgungsstromquelle und dem IC und je geringer die Signalfrequenz, umso größere Bedeutung erlangt der Bypasskondensator. Je größer der Abstand und je geringer die kleinste Signalfrequenz, umso größer muss seine Kapazität sein, damit er seine Aufgabe möglichst gut erfüllt. Der Vollständigkeit halber zeigt Bild 12 die Situation für den Fall, dass IC1 von IC2 versorgt wird. Man beachte die verschiedenen Wege durch die ICs sowie den kürzeren Gleichstrompfad. In diesem Fall ist es C2, der Bypasskondensator für IC2, der diesen mit dem HF-Signalstrom über den VDD-Anschluss versorgt. Der an IC1 gelieferte Strom fließt dort über den Masseanschluss zurück zu IC2. Masse heißt nicht Nullpotential An dieser Stelle ist es wichtig, zu verstehen, dass eine Massefläche kein ausgeglichenes Nullpotential bedeutet. Zu allererst weist jede Massefläche, ganz gleich, wie dick das Kupfer ist, einen ohmschen Widerstand auf Schon deshalb gibt es „Nebensprechen“ , wenn z.B. die analogen und die digitalen Rückkehrströme oder zwei ähnliche Ströme einen Teil der Massefläche gemeinsam nutzen. Je größer der Strom, umso größer der entsprechende Bild 14: Aufteilung der Massefläche in Analog- und Digitalbereich Spannungsabfall. Der sorgfältige Entwickler muss daher versuchen, die Masseanschlüsse von verschiedenen Komponenten möglichst nahe zueinander vorzunehmen, idealerweise am selben Punkt. Man spricht von Sternpunkterdung. Das Problem wird immer dann besonders akut, wenn hohe Ausgangsströme fließen. Beispielsweise 100 mA an 0,01 Ohm Leitungswiderstand bedeuten schon eine Störspannung von 1 mV. Selbst wenn die gestörte Signalspannung 10 mV beträgt, kommt ein Fehler von 10% zustande. Bild 15: Schlechte Lage einer digitalen Leitung Bei hohen Frequenzen und steilen Flanken überwiegt der Einfluss der parasitären Induktivität den Einfluss des Kupferwiederstands, wenn die Massefläche nicht konsequent fachgerecht ausgelegt wurde. Je größer die Änderungsgeschwindigkeit des störenden Signals (z.B. Ausgangsstrom), umso größer wird die induzierte Störspannung. Daher verursachen gemeinsame Rückkehrpfade oft Probleme, wenn sie Digitalsignale mit Analogsignalen führen. Die schnellen Ausgangssignale der Digitalbausteine können eine empfindliche Analogelektronik extrem stören. Eine andere Ursache für unerwartete Spannungen im Bereich der Masserückführung kann deren elektrische Länge sein. Dies ist die Leitungslänge in Teilen der Wellenlänge des Signals. Unter bestimmten Voraussetzungen (Ein- und Ausgangswiderstand, Wellenwiderstand, konkrete elektrische Länge) kann es zu Resonanzerscheinungen und/oder Reflexionen kommen. Grundsätzlich sollte man elektrisch kurze Verbindungen anstreben (1/10 oder weniger der kleinsten Signalwellenlänge). Wo das nicht möglich ist, sollte man Striplines mit dem Eingangswiderstand angepasstem Wellenwiderstand vorsehen. Anwendung in der Praxis Die erlernten Grundlagen versetzen Entwickler in der Lage, die Erdung von gemischten analogdigitalen ICs richtig auszuführen. Letztlich ist es dabei das Ziel, sicherzustellen, dass die digitalen und analogen Ströme nicht den selben Rückkehrpfad gemeinsam benutzen. Oder anders formuliert: Man muss konstruktiv dafür sorgen, dass die Digital- und Analogsignale getrennte Wege gehen. Wenn dies gelingt, dann ist die größere Ursache für Probleme, Störungen und Fehler, hervorgerufen durch die „bösen“ Digitalsignale und sich zeigend an den relativ empfindlichen Analogsignalen, beseitigt. Eine grundsätzliche Vorgehensweise ist, die Massefläche in einen digitalen und einen analogen Abschnitt aufzutrennen und nur an einem Punkt geschlossen zu lassen, wo digitaler und analoger Massestrom noch zusammenfließen. Dies ist eine gute Ausgangsposition. Wenn man die ICs richtig anordnet, dann ist die Auftrennung meist recht einfach möglich. Bei ADCs und DACs gilt es zu prüfen, ob der Hersteller schon die Voraussetzungen dafür geschaffen hat. Etwa bei dem IC in Bild 13 liegen analoge und digitale Masseanschlüsse direkt beieinander, sodass man kaum eine Wahl hat. Wenn dieser IC Mittelpunkt einer Platine mit sowohl analogen als auch digitalen Schaltkreisen sein soll, dann ist eine Auftrennung der Massefläche gemäß Bild 14 optimal. Es spielt kaum eine Rolle, welche konkrete Funktion 8 hf-praxis 3/2015

CST STUDIO SUITE 2015 From Components to Systems. Simulate, Optimize, Synthesize. From the first steps to the finishing touches, CST STUDIO SUITE® is there for you in your design process. Its tools allow engineers to develop and simulate devices large and small across the frequency spectrum. The powerful solvers in CST STUDIO SUITE 2015 are supplemented by a range of new synthesis and optimization tools, which are integrated directly into the simulation workflow. These can suggest potential starting points for component design, allow these components to be combined into systems, and finally analyze and fine-tune the complete systems. Even the most complex systems are built up from simple elements. Integrate synthesis into your design process and develop your ideas. Choose CST STUDIO SUITE – Complete Technology for EM Simulation. CST – COMPUTER SIMULATION TECHNOLOGY | www.cst.com | info@cst.com

hf-praxis

PC & Industrie

© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel