Hallo zusammen, ich habe in einer Schaltung für den Leistungsteil einen Stepdown mit 10V/10A und für den Sensor einen 16Bit SigmaDelta ADC. Der ADC Teil funktioniert auf dem Steckbrett wie eine 1 und springt ohne SW-Glättung lediglich um +-1 Bit. Da läuft aber auch noch kein Stepdown "nebenan". Leider benötige ich beide Schaltungen auf einer Platine. Wie würdet ihr die VCC/GND Versorgung aufbauen? Die Platine bekommt natürlich 4-Layer. Aber vom Konzept bin ich mir noch nicht sicher, weshalb ich euch vor dem Layouten mal um Rat frage. Sonst wird bei mir alles ungenutzte immer zur Massefläche. Ich messe einen 10K-NTC über eine Messbrücke und wollte dessen Leiterbahnen gut geschützt ab den Klemmen in einem Layer zwischen zwei GND-Layern bis zum ADC führen. Das Kabel des NTC ist geschirmt, wobei der Schirm an AGND angeschlossen wird. Aber sollte man hier AGND und den GND vom Leistungsteil trennen ? Ich hätte jetzt den Leistungsteil auf der Vorderseite (Layer1) aufgebaut. Layer2 wird großteils GND vom Leistunsteil (Ein paar VCC Leiterbahnen mit Last werden da jedoch auch hinkommen müssen). Der ADC kommt auf die Rückseite und zusätzlich auf die entgegengesetzte Seite der Spule (maximale Entfernung). Layer 3 wird großteils AGND (Plus meine benötigten lastfreien Leiterbahnen). Layer 2+3 Wird an den Klemmen der Versorgungsspannung miteinander verbunden. Bin ich damit auf dem richtigen Weg? Danke für eure Hilfe !!
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Philipp L. schrieb: > Hallo zusammen, > > ich habe in einer Schaltung für den Leistungsteil einen Stepdown mit > 10V/10A und für den Sensor einen 16Bit SigmaDelta ADC. > Der ADC Teil funktioniert auf dem Steckbrett wie eine 1 und springt ohne > SW-Glättung lediglich um +-1 Bit. > Da läuft aber auch noch kein Stepdown "nebenan". > > Leider benötige ich beide Schaltungen auf einer Platine. > Wie würdet ihr die VCC/GND Versorgung aufbauen? > > Die Platine bekommt natürlich 4-Layer. > Aber vom Konzept bin ich mir noch nicht sicher, weshalb ich euch vor dem > Layouten mal um Rat frage. > Sonst wird bei mir alles ungenutzte immer zur Massefläche. Rechne damit das Du es mindestens 2x layoutierst bis es paßt - eher 3x. > > Ich messe einen 10K-NTC über eine Messbrücke und wollte dessen > Leiterbahnen gut geschützt ab den Klemmen in einem Layer zwischen zwei > GND-Layern bis zum ADC führen. > Das Kabel des NTC ist geschirmt, wobei der Schirm an AGND angeschlossen > wird. Lyoutprosa ist noch schlimmer als Schaltungsprosa. Zeig her was Du zu bieten hast wenn Du Hilfe willst... denn das mit den Masseflächen ist wirklich das unwichtigste. > Aber sollte man hier AGND und den GND vom Leistungsteil trennen ? Da gibts unterschiedliche Ansätze die sich in unterschiedlichen Platzierungen manifestieren. Ich schau mir an wo die Ströme unterwegs sind und versuche so zu platzieren das sich die unterschiedlichen Systeme nicht in der Quere kommen. Meistens geht sich das dann so aus das es eine einzige Fläche wird. Wenn das nicht möglich ist - dann werden vorsichtig kleine Schlitze in der Fläche vorgesehen damit zB. Deine 10A nicht unter dem ADC durchmüssen und der ADC damit eine ruhige Fläche unter sich hat.... Langer Rede kurzer Sinn: Das Layout ist die Folge der Platzierung. Und wenn Du die vermasselst helfen Dir keine noch so ausgefuxten GND-Überlegungen. > Ich hätte jetzt den Leistungsteil auf der Vorderseite (Layer1) > aufgebaut. > Layer2 wird großteils GND vom Leistunsteil (Ein paar VCC Leiterbahnen > mit Last werden da jedoch auch hinkommen müssen). > Nein. Da müssen keine Leiterbahnen hinkommen. Auf gar keinen Fall. GND ist GND und bleibt GND. Wenn Du einen 3. Signallayer brauchst dann auf Lage 3. GND bleibt GND. Es scheint das Du noch nicht verinnerlicht hast was GND eigentlich ist.
Philipp L. schrieb: > Ich messe einen 10K-NTC über eine Messbrücke und wollte dessen > Leiterbahnen gut geschützt ab den Klemmen in einem Layer zwischen zwei > GND-Layern bis zum ADC führen. Warum setzt du den ADC nicht direkt bei den Klemmen hin?
Hallo, > Aber vom Konzept bin ich mir noch nicht sicher, weshalb ich euch vor dem > Layouten mal um Rat frage. > Sonst wird bei mir alles ungenutzte immer zur Massefläche. Da freuen sich die Leiterplattenhersteller (wegen des Ätzbades), die Impedanz der GND-Plane wird dadurch auch oft recht gering. > Ich messe einen 10K-NTC über eine Messbrücke und wollte dessen > Leiterbahnen gut geschützt ab den Klemmen in einem Layer zwischen zwei > GND-Layern bis zum ADC führen. Ein paar Fragen habe ich hierzu schon: - Wozu brauchst Du die 16 Bit? - Sind Wechselsignale wirklich das Problem? Man kann sie schließlich durch zeitliche Mittelung eliminieren. Im Hinblick auf systematische Messunsicherheiten: - Misst Du ratiometrisch? - Ist die Schaltung temperaturkompensiert? - Nutzt Du Widerstände mit 0,1% Unsicherheit (statt 1%)? Im Datenblatt des ADS1232 kannst Du dir ein paar Anregungen holen. > Ich hätte jetzt den Leistungsteil auf der Vorderseite (Layer1) > aufgebaut. > Layer2 wird großteils GND vom Leistunsteil (Ein paar VCC Leiterbahnen > mit Last werden da jedoch auch hinkommen müssen). > > Der ADC kommt auf die Rückseite und zusätzlich auf die > entgegengesetzte Seite der Spule (maximale Entfernung). > Layer 3 wird großteils AGND (Plus meine benötigten lastfreien > Leiterbahnen). Weshalb muss es "Vorderseite/Rückseite" sein? Wären nicht auch "links" und "rechts" auf dem Board möglich? > Bin ich damit auf dem richtigen Weg? Ich bin mir nicht sicher, ob Du vielleicht einem Phantom nachjagst und größere Störeinflüsse übersiehst. Viele Grüße Michael
> - Wozu brauchst Du die 16 Bit? Ich möchte die Temperatur auf 0.1°C regeln und brauche dazu ja eine deutlich bessere Auflösung. Die Messung funktioniert auf dem Steckbrett auf 0.001° perfekt, schwankt also nur um +-1Bit. Es geht nicht um die Absolute Temperatur, möchte nur gern "Strich regeln". Ob es 23.2 oder 23.5°C Strich sind, ist mir dabei erstmal egal. Bitte keine Sinnfragen dazu stellen :-) > - Misst Du ratiometrisch? Ja > - Ist die Schaltung temperaturkompensiert? JA Referenzspannungsquelle und Referenzwiderstände mit 25ppm/°C > - Nutzt Du Widerstände mit 0,1% Unsicherheit (statt 1%)? JA > Im Datenblatt des ADS1232 kannst Du dir ein paar Anregungen holen. Ich nutze den ADS112 (funktioniert prima) > Weshalb muss es "Vorderseite/Rückseite" sein? Wären nicht auch "links" > und "rechts" auf dem Board möglich? Baue bei Last/Frequenzgeschichten immer 4-Lagig. Ist beim freundlichem Chinesen recht günstig mit Top Qualität. > Ich bin mir nicht sicher, ob Du vielleicht einem Phantom nachjagst und > größere Störeinflüsse übersiehst. Vielleicht, daher ja meine Fragen.
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So, dann lasse ich mal die Hosen runter :-) Das Layout ist zwar noch nicht komplett fertig geroutet, aber alle Teile (Buck, ADC, H-Brücke, ..)sind für sich sortiert und müssen nun nur noch zusammengefügt werden. Ich könnte den ADC Teil zwar unter die Spule schieben, brauche aber nicht zwangsweise eine mini-Platine, daher ist alles etwas großzügiger platziert. Die meisten Leistungskomponenten befinden sich auf der Vorderseite. Ausnahme sind die Mosfet-Treiber direkt unterhalb der Fet`s. Layer 2 wird komplett GND Layer 3 Großteils GND mit ein paar wenigen lastfreien Signalleitungen. Auf die Rückseite kommt der ADC und uC. Nochmal kurz die Funktion zusammengefasst: 12V werden über einen Schaltregler zu 1V..~10V geregelt. Dazu wird eine PWM vom uC geglättet und damit die FB-Spannung beeinflusst (funktioniert im LTSpice sehr gut). Diese Ausgangsspannung wird dann über eine H-Brücke auf ein Peltier Element geschaltet. Damit kühle/heize ich dann mein Aquarium :-). Das Peltier mag keine PWM, daher der Aufwand mit "glatter" 1..10V Die Spule ist mit 10uH auf 10V/10A ausgelegt. Bei 1V habe ich nur noch <1A. Der ADC Messbereich liegt bei 30°C/16 Bit Den Schaltregler beeinflusse ich ebenfalls mit einem 16Bit Timer des uC. Bei voller Last kühlt das Aquarium ~1°C/h runter. Beim Einschalten habe ich jedoch nur eine recht kurze Totzeit (<30sek), bis ich die sinkende Temperatur mit dem ADC messen kann. Ich glaube daher, dass es recht gut regelbar sein wird. 0.1°C sollte machbar sein. Ich freue mich auf eure Meinung (also nur auf technische Meinung, nicht unbedingt die Sinnmeinungen :-)
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Die C12 bis C15 sind unnötig weit weg vom Schaltregler. Die müssen dort direkt ran. Und du musst dir auch das Beispiellayout samt der oftmaligen Wiederholung von "thermal dissipation" ganz genau anschauen. Und dir gewahr sein, dass das ding bei Vollast gut warm werden wird. Philipp L. schrieb: > Damit kühle/heize ich dann mein Aquarium :-). Hast du diese Idee schon mal grundlegend mit einem Labornetzteil getestet? Denn "heizen" ist mit einem Pelztier recht einfach. "Kühlen" macht da schon mehr Probleme, denn erstmal muss die Leistung, die du ins Pelztier reinsteckst, weggekühlt werden. Und dann zusätzlich noch die Energie, die du dem Aquarium entziehst. > Nochmal kurz die Funktion zusammengefasst: > 12V werden über einen Schaltregler zu 1V..~10V geregelt. > Dazu wird eine PWM vom uC geglättet und damit die FB-Spannung > beeinflusst (funktioniert im LTSpice sehr gut). > Diese Ausgangsspannung wird dann über eine H-Brücke auf ein Peltier > Element geschaltet. > Ich freue mich auf eure Meinung ! Ich würde es weniger kompliziert machen. > Das Peltier mag keine PWM Sagt man so. Warum nimmst du nicht einfach die PWM und steuerst damit direkt das Pelztier an? Dazu noch eine Spule und eine Freilaufdiode und das Pelztier sieht nur noch Gleichstrom. Und nur auf den Strom, den das Pelztier sieht, kommt es letztlich an.
> Die C12 bis C15 sind unnötig weit weg vom Schaltregler. Okay, rücke ich noch näher ran > "thermal dissipation" ganz genau anschauen Ja, es kommen noch Via´s in die Flächen wie beschrieben. > Hast du diese Idee schon mal grundlegend mit einem Labornetzteil > getestet? Natürlich. Wie oben geschrieben, kühlt das AQ bei Pelztier-Volllast ~1°C/h runter (was ich bei weitem nicht benötige). Die AQ-Temp wird über meine SPS überwacht, womit ich die Kurven gut testen konnte. Der Kühler wird also meistens auf kleiner Last laufen um die Temperatur zu halten. > Warum nimmst du nicht einfach die PWM und steuerst damit direkt das > Pelztier an? Dazu noch eine Spule und eine Freilaufdiode und das > Pelztier sieht nur noch Gleichstrom. Gutes Thema. Weil ich dann einen ausgewachsenen uC (>50MHZ) bräuchte um mit einer einigermaßen schnellen PWM (>100khz) bei 10-16Bit Auflösung die Spule nicht riesengroß dimensionieren muss. Mit den großen Kollegen (z.B.STM32) kenne ich mich noch nicht aus und es soll jetzt auch mal fertig werden. Danach steht aber das Thema 32Bit auf dem Programm.
MiWi schrieb: > Nein. Da müssen keine Leiterbahnen hinkommen. Auf gar keinen Fall. > > GND ist GND und bleibt GND. Wenn Du einen 3. Signallayer brauchst dann > auf Lage 3. GND bleibt GND. So pauschal quatsch.
Philipp L. schrieb: >> "thermal dissipation" ganz genau anschauen > Ja, es kommen noch Via´s in die Flächen wie beschrieben. Das bezieht sich eher auf die möglichst große Kupferfläche, die als Kühlfläche wirken muss. > Weil ich dann einen ausgewachsenen uC (>50MHZ) bräuchte um mit einer > einigermaßen schnellen PWM (>100khz) bei 10-16Bit Auflösung die Spule > nicht riesengroß dimensionieren muss. Weenn wir uns mal tief ins Auge blicken: du brauchst da nie&nimmer 16 Bit Auflösung. Und auch 10 Bit sind Overkill. Denn was nützt es dir, wenn du an exakt 1 Punkt in deinem Wassertank eine Temperatur aufs millionstel Grad regeln kannst? Und wenn du dann eine 8 Bit PWM hast (das ist immer noch 128 mal feiner als die anderen, die die Temperatur in ihrem Wasserbecken mit einem Zweipunktregler regeln), dann werden die ganzen Werte auf einmal ganz handlich...
> Das bezieht sich eher auf die möglichst große Kupferfläche, die als > Kühlfläche wirken muss. Ja, ich verbinde ja die Flächen unterm Schaltregler mit vielen Via`s zu Layer2+3. Die sind ist ja nahezu komplett GND und wirken als gute Kühlfläche. > Weenn wir uns mal tief ins Auge blicken Hehe.. Es gibt immer mehrere Lösungen und dieser ist bei einer früheren Diskussion auch öfters genannt worden. Ist doch auch gut zum lernen, wie gut sich so ein Schaltregler mittels FB-Beeinflussung regeln lässt (habe ich auch noch nicht gemacht). Auch das reale Verhalten bei klein/Vollast interessiert mich in der Praxis und würde da gern mit verschiedenen Spulen Experimentieren. Ich würde es jetzt gern mit diesem Ansatz probieren, jedoch evtl. grobe Fehler beim Layout noch mit eurer Hilfe optimieren :-) > dass das ding bei Vollast gut warm werden wird. Ja, das habe ich mir auch schon gedacht. Der Schaltregler kommt mir für die angegebenen ~3mOhm (RDSON) auch SEHR klein vor !! Der sollte (wenn es stimmt) dann ja nahezu überhaupt nicht warm werden ?
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>> Das bezieht sich eher auf die möglichst große Kupferfläche, die als >> Kühlfläche wirken muss. speziell dazu habe ich noch eine Frage: Ich führe die Wärme des Buck aktuell auf nahezu allen Layern über GND ab. Aber was ist mit der positiven Seite, sollte ich diese auch zwingend an eine große Fläche anschließen, oder reicht die Wärmeabgabe über GND? Die +12V sind aktuell nämlich nur auf der Vorderseite angeschlossen, was mir auch von der Last etwas gering vorkommt. Ich könnte die ungenutzte Fläche von Layer-3 zur Wärmeabgabe zu +12V ansatt GND machen. Was sagt ihr? Danke für eure Hilfe !!
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Hmm, spendier dem AD Wandler doch eine eigene Versorgung über einen Linearregler, ggf. mit einem Pi-Filter vor dem Regler. Verteil die Sachen so wie im Anhang, dann liegen alle Anschlüsse auf einer Seite und die großen Ströme sind weit weg von AD und bilden keine großen Schleifen. Dann sollten auch 2 Layer reichen.
Philipp L. schrieb: >> dass das ding bei Vollast gut warm werden wird. > Ja, das habe ich mir auch schon gedacht. > Der Schaltregler kommt mir für die angegebenen ~3mOhm (RDSON) auch SEHR > klein vor !! > Der sollte (wenn es stimmt) dann ja nahezu überhaupt nicht warm werden ? Ich vermute mal bei 10V/10A Ausgang wird das Ding eine Leistungsdichte vergleichbar einer Herdplatte haben. Der 3mOhm FET wird ja nicht einfach in den leitenden Zustand gebracht und auf wundersame Art und Weise werden aus den 12V am Eingang 10V am Ausgang. Stattdessen schaltet der Regler mit einer Frequenz im dreistelligen kHz-Bereich die FETs schnell an und aus. Um hierbei die Kapazitäten in den FETs, die bei solch niederohmigen Transistoren nicht unerheblich sein werden, umzuladen, sind hohe Ströme nötig, die dir einen Großteil der Verluste ausmachen. Edit: Wie Layer schreibt, oder zumindest eine Ferritperle vorsehen.
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