Perisai bisa, apa cara yang tepat?

Saya suka melindungi sirkuit sensitif saya dengan perisai. Saya tidak punya gambar tetapi pada dasarnya, saya telah mengumpulkan tanah persegi panjang setebal 1 mm di lapisan atas, dan saya akan menempatkan perisai di atas ini sehingga akan menyentuh jejak tanah ini.

Saya punya beberapa kekhawatiran.

1. Apakah saya membuat loop tanah dengan melakukan ini?
2. Jika saya tidak menggunakan perisai, apakah saya membuat antena yang akan menangkap suara?
3. Apa praktik yang disarankan untuk perisai jenis ini?

Sebenarnya, saya suka menghubungkan perisai pada satu titik, tetapi orang yang memiliki lebih banyak pengalaman perangkat keras bersikeras bahwa ia ingin memiliki tanah penuh persegi panjang terbuka, sehingga perisai dapat menyentuh tanah di setiap titik.

Memperbarui

Berikut ini adalah representasi yang sangat mendasar.

PEMBARUAN 2

Kebisingan adalah pada output dari penguat kami (transimpedansi). Itu sekitar 3-5 mV untuk amplifikasi 300.000. (Saya telah membuat kesalahan dalam tata letak pertama dan sekarang melakukan papan yang lebih baik dan tujuannya adalah untuk mengurangi kebisingan tahap pertama menjadi kurang dari 1 mV.)

Saya memiliki dua LDO yang mengambil energi dari baterai. Keduanya PSRR tinggi . Ini adalah papan enam lapis dengan susunan berikut, S / G / S / G / P / S. Ini sedikit aneh, tetapi saya menyembunyikan sinyal sensitif di antara alasan-alasan ini. Papan tidak perlu enam lapis, tetapi ini nantinya akan menjadi bagian dari papan lain yang penuh sesak, karenanya enam lapisan.

Sumber-sumber kebisingan berlimpah:

• Catu daya: Kami mengurangi ini dengan LDO yang baik, penyaringan ( pi filter ), kapasitor bypass, dll. Sejauh ini, kasus terburuk saya melihat 1-2 mV riak pada daya; ini bahkan bisa menjadi perlengkapan saya. (Saya tidak memiliki peralatan yang baik, juga amplifier memiliki 50 + dB PSRR, jadi ini seharusnya berdampak minimal pada output.)

• $3\ nV/\sqrt{Hz}$

• Photodiode: Saya menggunakan fotodioda besar, ini mengambil suara, tidak dapat dihindari.

• Sumber elektromagnetik lainnya: Kami telah melihat papan sangat sensitif, kebisingan naik di berbagai situasi. Selain itu, skema referensi dari beberapa sumber merekomendasikan untuk melindungi sumber kebisingan luar yang dikurangi, jadi kami menempatkan opsi pelindung ini untuk menguji papan kami berikutnya.

PEMBARUAN 3

• 3-5 mV ada bahkan tanpa 10K dan C1. Intinya tidak ada input ke opamp. Ini membuat saya berpikir bahwa tata letak saya tidak sempurna.

Berikut adalah skema dasar untuk amplifier. Saya dapat menambahkan lebih banyak jika kami pikir itu perlu.

Aturan-aturan berikut telah diamati:

• Lengkapi dua lapisan tanah yang terhubung melalui beberapa vias .
• Suplai 3,3 V (juga suplai untuk opamps) disaring melalui kapasitor tantalum 2,2 μF dan jaringan pi (roll over 100 kHz) sebelum suplai ke fotodioda (yaitu, sebelum resistor 10K). Kami juga memiliki 1/100/10 nF kapasitor yang mendekati 10K. (Saya tidak yakin itu ide bagus, tapi lebih baik amannya.)
• C1 memblokir DC (arsitektur AC-coupled), kami hanya memperkuat AC.
• Opamp memiliki 1/100/10 nF pada pin pasokan dan bias (bias disediakan oleh LDO kedua).
• Kapasitor umpan balik dan resistor ditempatkan sedekat mungkin dengan opamp.
• Semua jejak sinyal antara fotodioda dan opamps diminimalkan; kita berbicara kasus terburuk <2 cm.
• Semua sinyal dianggap kritis ditempatkan di antara dua lapisan tanah.

Juga pengamatan lain yang menjelaskan mengapa kita berpikir tentang melindungi: Saya menghubungkan sebuah resistor ke generator fungsi kami dan hidupkan, ini adalah melalui kabel buaya, (pada dasarnya antena loop) sehingga kita tahu itu terpancar pada frekuensi yang kita pilih. Saya bisa melihat output dari opamp mengambil ini dengan baik dan menguatkan. Jadi, sangat jelas bagi saya sumber-sumber luar datang untuk bermain, maka seluruh diskusi.

Ketika saya pertama kali mendengar seseorang ingin menggunakan perisai, saya mulai dengan mengatakan perisai adalah perlindungan pertama yang tidak kompeten. Itu tidak sepenuhnya adil karena ada kegunaan yang sah untuk perisai, tetapi itu mengatur nada untuk diskusi nyata, yang biasanya tentang emisi RF atau kerentanan dan pada akhirnya tentang landasan buruk yang menyebabkan kekacauan.

Sebuah perisai harus menjadi perlindungan terakhir dari yang kompeten. Shields juga memiliki kelemahan signifikan, di luar masalah biaya yang jelas. Yang tidak kompeten percaya pada mitos bahwa jika Anda memasukkan sesuatu ke dalam kotak konduktif yang energi RF tidak bisa keluar atau masuk. Itu sama sekali tidak benar. Perisai juga bisa menjadi antena jika tidak dirancang dengan benar.

Sebelum kita dapat berbicara tentang perisai Anda, pertama-tama kita harus membahas strategi landasan Anda dengan hati-hati. Perisai dan pentanahan berjalan bersama dengan erat. Jelaskan apa sebenarnya masalah yang Anda pikir perisai akan selesaikan, bagaimana tepatnya semuanya dibumikan, apa sumber kebisingannya, dll.

Secara umum, pentanahan yang baik akan melakukan lebih banyak untuk mengurangi emisi dan kerentanan RF daripada perisai. Jika pembumian dilakukan dengan benar, perisai dapat menambahkan beberapa redaman ekstra dari emisi. Jika pembumian dilakukan dengan salah, pelindung dapat menjadi antena dan memperburuk keadaan. Dengan ground yang baik, Anda biasanya menginginkan perisai yang menutupi sirkuit dengan lubang sesedikit mungkin, yang terhubung ke ground sirkuit utama di satu tempat .

Sekali lagi, ceritakan lebih lanjut tentang rangkaian, tata letak, dan masalah Anda. Lalu kita bisa membahas lebih lanjut tentang perisai jika masih sesuai.

Ditambahkan setelah pembaruan 2:

Sepertinya kekhawatiran utama Anda adalah kebisingan masuk ke sinyal analog Anda. Saat ini Anda memiliki noise 3-5 mV pada output amplifier pertama, tetapi Anda ingin menurunkannya hingga 1 mV. Anda mengatakan ini adalah penguat transimpedansi, tetapi ini bertentangan dengan keuntungan Anda sebesar 300k, jadi kami masih tidak tahu apa sebenarnya sirkuit Anda.

Dari mana sinyal input berasal? Bagaimana cara mendapatkan input amplifier? Apa rujukannya dan apa yang telah Anda lakukan untuk memastikan rujukan ini bersih? Masalah sebenarnya adalah membuat tahap penguat pertama ini serendah mungkin. Setelah itu, sinyalnya lebih tinggi dan impedansi lebih rendah, sehingga tidak akan rentan. Apa sumber gangguan eksternal yang masuk ke sinyal input? Berapa banyak noise yang Anda dapatkan dari tahap pertama jika Anda kekurangan inputnya?

PSRR tinggi untuk amplifier dan regulator tegangan bagus, tetapi perlu diingat bahwa hanya berlaku pada frekuensi rendah. Jika Anda memiliki sirkuit yang sangat sensitif, berikan regulator liniernya sendiri dengan input catu daya ke regulator yang difilter. Sesuatu seperti induktor chip yang diikuti oleh kapasitor keramik besar ke tanah di depan regulator biasanya baik. Mungkin bahkan dua dari ini secara seri. Intinya adalah untuk menghilangkan frekuensi tinggi pada umpan catu daya sehingga elektronik aktif di regulator dapat menangani sisanya. Saya ingin melihat filter roll pada 10 kHz atau di bawah. Anda juga ingin menjauhkan feed catu daya tanpa filter dari sinyal input untuk menghindari pengambilan kapasitif. Jejak penjaga dapat membantu.

Saya tidak suka dua lapisan tanah. Dua lapisan tanah bisa membuat Anda kesulitan kecuali mereka dijahit bersama secara teratur. Sekali lagi, Anda berpikir melindungi ketika sebaliknya Anda harus berpikir dengan hati-hati tentang landasan. Visualisasikan semua arus balik yang mengalir, dan pastikan komponen frekuensi tinggi tidak mengalir melintasi bidang tanah. Gunakan pesawat bawah tanah lokal di bawah bagian tertentu yang menghasilkan kebisingan frekuensi tinggi atau sensitif terhadap kebisingan tersebut. Kapasitor bypass langsung menuju ke ground ground lokal, yang kemudian diikat ke global ground net hanya di satu tempat.

Tunjukkan sirkuit tahap amplifier pertama dan jelaskan bagaimana semua dasar sebenarnya diletakkan.

Ditambahkan setelah pembaruan 3:

3-5 mV ada bahkan tanpa 10K dan C1. Intinya tidak ada input ke op-amp. Ini membuat saya berpikir bahwa tata letak saya tidak sempurna.

Itu memberi tahu Anda suara itu tidak datang dari photodetector, jadi Anda bisa melupakannya untuk saat ini. Kebisingan ada pada tegangan bias untuk input positif atau di tanah.

Lengkapi dua lapisan tanah yang terhubung melalui beberapa vias.

Sekali lagi, saya rasa ini bukan ide yang bagus karena dua alasan. Pertama, kedua pesawat ini perlu dijahit bersama secara teratur. Itu tidak mudah dilakukan dengan benar. Kedua, sepertinya Anda karena itu tidak menggunakan sub-ground untuk subsistem kritis. Bagian dari titik sub-alasan ini adalah untuk mengisolasi arus loop frekuensi tinggi untuk menjaga mereka dari tanah utama. Dengan menempelkan setiap sub-ground ke ground utama hanya di satu tempat, ini membuat arus loop frekuensi tinggi tetap lokal, dan mencegah subsistem melihat tegangan offset antara titik-titik ground yang berbeda karena arus pada pesawat ground.

Suplai 3,3 V (juga suplai untuk op-amp) disaring melalui kapasitor tantalum 2,2 μF dan jaringan pi (roll over 100 kHz) sebelum suplai ke fotodioda (yaitu, sebelum resistor 10K).

Tetapi Anda tidak menunjukkan semua itu. Kapasitor tantalum akan memiliki respons frekuensi tinggi yang lebih buruk dan ESR lebih tinggi daripada kapasitor keramik. Sebenarnya tidak ada alasan sama sekali untuk menggunakan kapasitor tantalum pada tegangan dan kapasitansi ini. Juga, kapasitor dengan sendirinya tidak baik tanpa beberapa impedansi untuk bekerja melawan. Anda menyebutkan jaringan pi, tetapi semua ini tidak ditampilkan pada skema dan Anda hanya berbicara tentang kapasitansi tunggal, sehingga tidak bertambah.

Seperti yang saya katakan sebelumnya, 100 kHz terlalu tinggi. Seperti yang saya katakan, saya ingin melihat bahwa 10 kHz atau kurang.

Kami juga memiliki 1/100/10 nF kapasitor yang mendekati 10K.

Bagus, tetapi sekali lagi, mereka membutuhkan beberapa impedansi untuk bekerja melawan. Induktor chip manik ferit dalam seri dengan pasokan feed akan melakukan itu, seperti yang saya katakan sebelumnya.

Op-amp memiliki 1/100/10 nF pada pin pasokan dan bias

OK, tapi sekali lagi, ini membutuhkan beberapa impedansi untuk bekerja. Sebuah induktor chip dalam seri akan membantu.

Juga, sekali lagi, di mana tepatnya kapasitor ini terhubung ke tanah? Saya menduga Anda hanya meninju pesawat Anda. Sekali lagi, ini semua harus dihubungkan ke jaringan ground lokal yang terhubung ke bidang ground utama pada satu titik.

Kapasitor umpan balik dan resistor ditempatkan sedekat mungkin dengan op-amp.

Baik.

Semua jejak sinyal antara fotodioda dan op-amp diminimalkan; kita berbicara kasus terburuk <2 cm

Anda telah menunjukkan ini bukan dari mana suara itu berasal.

Semua sinyal kritis dianggap ditempatkan di antara dua lapisan tanah.

Sekali lagi, perisai semacam ini hanya berguna jika Anda memiliki tanah yang bersih, yang saya pikir tidak. Jika tidak, semua yang dilakukan adalah meningkatkan kopling kapasitif dari kebisingan di darat ke sinyal Anda.