Feedback Schaltungsdesign

[Sascha V. (sasvoe)]

Hallo an alle,

ich erstelle gerade eine Leiterplatte. Grundwissen ist vorhanden, aber 
man will ja besser werden. Fleißig gelesen habe ich natürlich auch.

Als Grundlage für meine Frage ist das Leiterplatten-Design im Anhang.

Verbaute Bauteile:
Mikrocontroller
Digital-Analog-Wandler
Real-Time-Clock
Operationsverstärker
Display

Nun die Fragen:

1) Ich habe beidseitig mittels Polygon eine Ground-Fläche erstellt. Kann 
ich das so machen oder birgt es Risiken? Positiver Effekt: Mittels Vias 
würde ich den im Bild markierten Ground-Pin in das entstehende 
Gesamt-Ground einbinden.
2) Was haltet ihr von der Ausführung generell? Ist ein solchen Design
möglich?
3) Was empfehlt ihr mir bezüglich ESD-Schutz oder das Abfangen von
Spannungsspitzen?

Beste Grüße
Sascha

[6A66 (Gast)]

Sascha V. schrieb:
> 3) Was empfehlt ihr mir bezüglich ESD-Schutz oder das Abfangen von
> Spannungsspitzen?

Hallo Sascha,

ESD-Schutz beginnt man mit dem Erstellen des Schaltplans und nicht wenn 
man das Layout fertig hat.
Die Frage ist dabei: Welcher Teil der Schaltung ist der ESD zugänglich, 
wie sieht das Gehäuse aus und die nach außen gehenden Leitungen aus.
Daraus ableitend werden die entsprechenden Leitungen mit 
ESD-Schutzelementen (siehe z.B. TI) geschützt. Alles was darüber hinaus 
durch Lücken im Gehäuse eindringen kann (auch Kunststoffgehäuse) sollte 
einen möglichst kurzen und festen Weg nach Masse finden.

Grüße

[6A66 (Gast)]

Sascha V. schrieb:
> Abfangen von
> Spannungsspitzen?

Welche Spannungsspitzen willst Du wo abfangen (Höhe, Dauer, Leitung, 
...)?

rgds

[Sascha V. (sasvoe)]

Bei Spannungsspitzen dachte ich an den Einschaltmoment der 
Versorgungsspannung.

Ja, Schutzmaßnahmen sollten im Idealfall gleich in den Schaltplan.

Die Schaltung hat als Zuleitung Versorgungsspannung, 2 Taster, ein 
Sensor, ein Aktor. Gehäuse ist für den ersten Aufbau noch aus 
Kunststoff.

Danke schonmal!

[Sascha V. (sasvoe)]

An den Eingängen für Versorgungspannung und Sensor wurden nun noch 
Kondensatoren a 1µF ergänzt.

[someone (Gast)]

Du solltest gnd explizit routen und dich nicht darauf verlassen, dass 
dein ground-pour schon alles richtig anschließen wird. Die Qualität der 
Versorgungsspannungs- und Massenetze ist für eine problemlose Funktion 
sehr wichtig. Vcc und GND also zuerst routen, danach kommt der Rest.

Die RTC braucht ein spezielles Layout für den Quarz. Steht im Datenblatt 
bzw. in den application notes. Schau dir die mal an.

[Falk B. (falk)]

http://www.mikrocontroller.net/articles/Richtiges_Designen_von_Platinenlayouts

[6A66 (Gast)]

Sascha V. schrieb:
> Bei Spannungsspitzen dachte ich an den Einschaltmoment der
> Versorgungsspannung.

Das wird über Schaltungstechnik gelöst wenn Du ein internes Netzteil 
hast, d.h. Du solltest Dein Netzteil dahingehend dimensionieren.
Wenn ein externes Netzteil (z.B. Hutschiene) verwendet wird ist zu 
spezifizieren welche Toleranz erlaubt ist und wie die Einschaltrampe 
aussehen könnte. Darüberhinaus: Sicherung, Overvoltage Diode, 
Verpolschutzdiode, Surgeableitung, Dämpfung gegen Burst, ...
Du musst schon mehr sagen was Du willst als nur: "Ich will gegen 
Überspannung sicher sein (230V, Blitz, ...)".

Zum ESD:

Sascha V. schrieb:
> Die Schaltung hat als Zuleitung Versorgungsspannung, 2 Taster, ein
> Sensor, ein Aktor. Gehäuse ist für den ersten Aufbau noch aus
> Kunststoff.

2 Taster: Wie angeschlossen, wie verbaut, leitendes Gehäuse, ...?
ein Sensor: Wie angeschlossen, geht der außerhalb des Gehäuses, ...
Genauso der Aktor.

Bitte mehr Angaben!

rgds

[6A66 (Gast)]

Sascha V. schrieb:
> Ja, Schutzmaßnahmen sollten im Idealfall gleich in den Schaltplan.

Den kennen wir ja nocht garnicht!

rgds

[Sascha V. (sasvoe)]

Hallo,
vielen Dank schonmal für die zahlreichen Tipps. Anbei nochmal mein 
aktualisiertes Layout und nun auch der Schaltplan.

Desweiterem im Anhand, die Beschaltung des Quarzes für die 
Real-time-Clock. In meinen Augen ist er richtig angeschlossen.

Als Netzteil wird ein externes Netzteil verwendet, welches sich dann 
auch im Gehäuse befinden soll.

Zu den Schaltern: Für den ersten Aufbau sind es 2 einfache Drucktaster, 
die an das Kunststoffgehäuse angebracht sind. Genauerer Typ der Taster 
wurde noch nicht ausgewählt. Verkabelung für den Sensor wurde auch noch 
nicht gewählt. Sensor und Aktor befinden sich außerhalb des Gehäuses, 
ca. 0,5m entfernt.

Vielen Dank.

[someone (Gast)]

Der Quarz ist nicht richtig angeschlossen. Wie du siehst, wird nach 
einer "local ground plane" verlangt, also nach einer eigenen groundplane 
nur für den Quarz, die von deinen anderen groundplanes getrennt ist. Das 
hast du nicht implementiert, ist aber wichtig, um die beste Performance 
zu erzielen. Mit der Versorgungsspannung für dein RTC-IC würde ich auch 
nicht ganz so dicht am Quarz vorbeifahren.
Vielleicht ist der Hintergrund für diese Dinge interessant: RTCs sind 
low-power-Geräte und haben daher ziemlich schwache Ausgänge und sehr 
hochohmige Eingänge. Das hilft, um Energie zu sparen, macht den Quarz 
aber empfindlich für Störungen, die in der Nähe des Quarzes, der 
Leitungen zum Quarz oder der Pins aufgeschnappt werden.

[6A66 (Gast)]

Sascha V. schrieb:
> Als Netzteil wird ein externes Netzteil verwendet, welches sich dann
> auch im Gehäuse befinden soll.

Hallo Sascha.

Wat nu? Intern oder extern das Netzteil. Wenn Du EMV machst solltest Du 
das Netzteil danach auswählen (Störfestigkeit beachten). Und klar: Auch 
über die Netzleitung kann ESD eindringen die dann im Netzteil auf der 
Primärseite einschlagen kann.

Sascha V. schrieb:
> Zu den Schaltern: Für den ersten Aufbau sind es 2 einfache Drucktaster,
> die an das Kunststoffgehäuse angebracht sind. Genauerer Typ der Taster
> wurde noch nicht ausgewählt.

Dann achte darauf, dass die Taster im Gehäuse keinen Spalt lassen. Mach 
Dir Gedanken wie Du die Leitungen der Taster gegen ESD schützt (ESD 
Schutzdioden z.B. von TI).

Bei den

Sascha V. schrieb:
> Verkabelung für den Sensor wurde auch noch
> nicht gewählt. Sensor und Aktor befinden sich außerhalb des Gehäuses,
> ca. 0,5m entfernt.

Und wie soll man Dir da helfen können?
Generell: auch hier müssen die Leitungen mit ESD-Schutzdioden versehen 
werden. Bitte mache Dir aber auch Gedanken über Surge/Burst wenn das 
eine richtige EMV-Zulassung bekommen soll.

rgds

[Sascha V. (sasvoe)]

Vielen Dank für diese guten Tipps. Ich denke damit lässt sich für meine 
Zwecke mit arbeiten.

Den Hintergrund warum man den Quarz vom Rest trennen sollten ist 
verstanden. Was mir nicht klar ist, was ich dann mit der getrennten 
Masse machen?! In meiner jetzigen Vorstellung habe ich dann eine Insel 
ohne Bezug zu irgendwas.

@someone: Kannst du die korrekte Arbeitsweise dahingegen nochmal 
beschreiben? Wie sind die Auswirkungen, falls ich es so lasse? Bei dem 
Testaufbau wackelt er auch nur in der Luft. Danke!!!

[duplo_man (Gast)]

Hallo,

zur "local graound plane":
Diese soll NICHT in der Luft hängen!
Local Ground Plane bedeutet in diesem Fall, dass die Quarz GND Plane 
ohne Unterbrechungen und Vias an den GND des ICs angeschlossen werden 
SOLLTE.
Weiterhin sollte diese Plane nur an einem einzigen Punkt dafür aber sehr 
gut an das restliche GND Netz angeschlossen werden. Wenn man sich auf 
das Beispielbild bezieht, dann links neben dem GND Pin des ICs. 
Hintergrund: es sollen "fremde" GND Ströme, die durch die anderen 
Bauteile erzeugt werden, von dieser Plane ferngehalten werden (diese 
Plane nicht durchfließen) da sie potenziel Störungen in der Anbindung 
Quarz - IC verursachen könnten.
Zu Deinem Design: Du könntes rings um Deinen Quarz eine Unterprechung 
zur restlichen Plane schaffen und wie im Beispiel am GND Pin des ICs mit 
der restlichen Masse zusammenführen. Weiterhin solltest Du die Leitung 
links unter dem Quarz an anderer Stelle routen.

Ich hoffe das hilft noch auch wenn es sehr spät kommt.

Grüße

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Sascha V. schrieb:
> Den Hintergrund warum man den Quarz vom Rest trennen sollten ist
> verstanden. Was mir nicht klar ist, was ich dann mit der getrennten
> Masse machen?!
Du schaust irgendwie immer nur den Quarz an. Aber die ansteuerung des 
Quarzes gehört auch daszu. Kurz: Sorge für eine lokale Masse um die 
gesamte RTC.
Mach einfach in die Kupferlage ein paar Wires mit einer Leiterbahnstärke 
0 (was da gelb ist muss bei dir balu sein) und du bekommst die 
Masseinsel für den Oszillator.

Und sieh dir mal die anderen Screenshots auch nochmal an. Sowas sieht 
man leicht, wenn man Erfahrung hat. Oder mal alle Layer ausschaltet und 
nur den Kupferlayer ein wenig auf sich wirken lässt...

[Sepn (Gast)]

Puaaa. Do stööds ma de Zechnnägl auf. Sötn so a deppads Läaut gsegn.