Kleine Geheimnisse Trace-Boards mit Operations- und Instrumentenverstärkern

  • Tutorial
Beim Entwerfen von Boards ist
nichts so billig,
und es wird nicht so hoch geschätzt,
wie eine korrekte Spur.



Im Zeitalter des Internets der Dinge und der Verfügbarkeit von Leiterplatten, und nicht nur in der LUT-Technologie , beschäftigen sie sich häufig damit, Menschen zu entwerfen, deren gesamte Tätigkeit mit digitaler Technologie zusammenhängt.

Selbst bei der Verfolgung einer einfachen Digitalkarte gibt es ungeschriebene Regeln, die ich in meinen Projekten immer befolge. Bei der Entwicklung von Messgeräten mit Digital-Analog-Schaltungsteilen ist dies einfach notwendig.

In diesem Artikel möchte ich Anfängern eine Reihe von Grundtechniken zuwenden, die befolgt werden sollten, um eine stabile Arbeitsschaltung zu erhalten und Messfehler zu reduzieren oder den Verzerrungsfaktor des Audiopfades zu minimieren. Der Klarheit halber werden die Informationen in Form einer Überprüfung von zwei Beispielen dargestellt.

Die Empfehlungen sind sehr einfach und weithin bekannt, doch meine Praxis hat gezeigt, dass sie weit davon entfernt sind, dass selbst erfahrene Experten daran festhalten.

Beispiel Nummer zwei. Verfolgung einer einfachen Operationsverstärkerschaltung



Abb. 1. Verstärkerschaltung am Operationsverstärker

Betrachten Sie zunächst das einfachste Beispiel. Nur wenige Widerstände und Kondensatoren sind ein nicht invertierender Verstärker mit einer Spannungsverstärkung von 2. Stellen Sie sich die Aufgabe, die Flächenverfolgung zu optimieren, und erwägen Sie zwei Möglichkeiten. Die Platine ist in beiden Fällen zweischichtig, die obere Signalschicht ist rot, die Unterseite ist blau. Die richtige Option ist nicht nur in der Fläche etwas kleiner, sondern es ist weniger wahrscheinlich, dass sie parasitäre Verbindungen verursacht.


Abb. 2. Zwei Möglichkeiten, die Verstärkerplatine am Betriebssystem aufzuspüren

Achten Sie zuerst darauf, wie der Sperrkondensator C2 auf der rechten Seite der Figur installiert ist - im Mindestabstand vom Stromversorgungsanschluss. Zweitens geht die von der Quelle kommende negative Spannung zuerst an den Kondensator und nur von dort an die OU-Stromversorgung. Diese einfache Technik erhöht die Effizienz des Sperrkondensators erheblich. Ich habe das gleiche mit dem Kondensator C1 gemacht. Wenn Sie mehrere Sperrkondensatoren verwenden, z. B. Tantal mit hoher Kapazität und weniger Keramik, sollte sich der Kondensator mit geringerer Kapazität näher an der Stromversorgung befinden, da er weniger parasitäre Induktivität aufweist und hochfrequentes Rauschen besser unterdrückt.

Eine kleine Offtopie, die nicht direkt mit dem Thema des heutigen Artikels zusammenhängt
Настоятельно советую применять этот же приём при подаче питания и на другие типы микросхем, особенно АЦП, ЦАП и многочисленные выводы питания микроконтроллеров. Если вы используете встроенные аналоговые модули микроконтроллера — ADC, DAC, компараторы, источники опорного напряжен не поленитесь заглянуть в даташит и посмотреть какие блокировочные конденсаторы в каком количестве и куда необходимо ставить. Не помешает цепь развязки в виде фильтра или хотя бы сопротивления между основным цифровым питанием микроконтроллера и аналоговым. Аналоговую землю лучше размещать отдельным полигоном или экранным слоем, и соединять с основной землёй в одной точке, в некоторых случаях полезно через фильтр

Die Elemente der Rückkopplungsschaltung sollten sich so nahe wie möglich am nicht invertierenden Eingang befinden, wodurch die Möglichkeit einer Störung der hochohmigen Eingangsschaltung minimiert wird.

Anstelle von separaten Masseleitern wird die untere Schicht der Platine mit einer Schirmschicht geerdet , wodurch parasitäre Aufnehmer reduziert werden. Zum Schluss noch eine Empfehlung - lassen Sie die Biegungen der Leiter nicht im rechten Winkel liegen - glätten Sie sie so weit wie möglich aus, dies reduziert die Länge der Leiter, die Wahrscheinlichkeit von Aufnehmern und Signalreflexionen.

Wir gehen zu einem ernsteren und interessanteren Fall aus dem Bereich der Messungen über, in dem der Trace für Archive wichtig ist.

Beispiel Nummer eins. Überwachung des Stromverbrauchs am Instrumentenverstärker




Abb. 3. Diagramm der Stromüberwachung mit Instrumental-OA

Die Abbildung zeigt das Diagramm des Stromverbrauchs des Zählers. Das Messelement ist der Widerstand des Shunts, der im Versorgungskreis enthalten ist. Die Last, an der der Strom gemessen wird - R load. Die gemessene Spannung wird vom Widerstand R shunt entfernt und unter Verwendung einer symmetrischen Schaltung an den Elementen R1, R2, C1-C3 gefiltert. Der Chip U2 dient zur Versorgung der Referenzspannung. R4, C5 - Ausgangsfilter.

Bei der Verfolgung müssen Sie natürlich alle oben genannten Empfehlungen befolgen.


Abb. 4. Zwei Optionen zum Auffinden der Verstärkerplatine in der instrumentellen OU:

Lassen Sie uns die Fehler der linken Schaltung analysieren:

  • Da wir einen Differenzeingang haben, ist es notwendig, seine beiden Signalkreise so symmetrisch wie möglich zu gestalten. Die Leiter der Signalleitungen müssen gleich lang sein und nahe beieinander liegen. Idealerweise im gleichen Abstand voneinander;

  • Der Widerstand, der die Verstärkung des Instrumentenverstärkers ansteuert, sollte so nah wie möglich an den Pins der Mikroschaltung liegen. Sogar eine kleine parasitäre Kapazität zwischen Leitern, die in der linken Abbildung zu ihm gehen, kann zu einem Stabilitätsverlust des Instrumentenverstärkers führen. Im Allgemeinen sollten Rückkopplungsschleifen so kurz wie möglich sein.

  • Der Repeater-Chip der Referenzquelle muss so nahe wie möglich am Eingang der Referenzspannung des Instrumentenverstärkers liegen.

Indem Sie sehr einfachen Regeln folgen, erleichtern Sie sich das Leben. In einigen Fällen verursachen sie einfach keinen Schaden, in anderen können sie sowohl die Stabilität der gesamten Schaltung als auch die Messgenauigkeit erheblich verbessern.

Halten Sie ein geladenes Gewehr nicht an der Wand. Eines Tages wird es definitiv schießen und den ungünstigsten Moment dafür auswählen.


Bei der Vorbereitung dieses Artikels wurden Blogmaterialien von TI-Experten verwendet.


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