Питание контроллера через 3 terminal capacitor, Кто-нибудь провеял в бою рекомендации muRata по EMIFIL Опции

[Slonofil]

Доброго времени суток, товарищи!

Хотел бы провентилировать вот такой вопрос. В приведённой по ссылке популярной статье сказано, что идеальным вариантом земли для многоногой МК является отдельный полигон, имеющий только одну точку соединения с чистой землёй (см. картинку). Так же в файле про EMIFIL от muRata встретил утверждение (на стр. 116), что один "проходной" конденсатор типа NFM 1 мкФ предпочтительнее в смысле фильтрации помех, чем 10 обычных керамических по 0,1 мкФ. Там же приведена картинка уровня помех для конкретного решения. Выглядит красиво. Если объединить эти две идеи, то получится нечто, сооружённое в прикреплённом файле (пардон за PCAD'овский pcb). Как по-Вашему, это будет так хорошо работать, как утверждается?

И как поступать с рекомендацией заливать свободные места полигоном земли? Это будут отдельные полигоны, не связанные с полигоном МК?

Уточню, что речь идёт о схемах с частотами сигналов до 25 МГц (скажем, PIC32) и более низкочастотных.

Эскизы прикрепленных изображений

 

Прикрепленные файлы

 Power_Sample.pcb ( 32 килобайт ) Кол-во скачиваний: 28

 

[Slonofil]

Значит, забить на этот вариант и не выпендриваться =)

Ещё вот хотел спросить: на плате планирую иметь либо радиомодуль MRF24J40-MA (2,4 ГГц), либо MRF49XA (868 МГц). В связи с чем хотел бы поинтересоваться: стоит ли землю, связанную с радиомодулем, разделить с контроллерной землёй и соединять звездой, около источника питания? И поможет ли BLM15/BLM18 по питанию отфильтровать ВЧ? И как быть с полигонами на TOP и ВОТТОМ? Заливать всё землёй?

[_4afc_]

Ещё вот хотел спросить: на плате планирую иметь либо радиомодуль MRF24J40-MA (2,4 ГГц), либо MRF49XA (868 МГц). В связи с чем хотел бы поинтересоваться: стоит ли землю, связанную с радиомодулем, разделить с контроллерной землёй и соединять звездой, около источника питания? И поможет ли BLM15/BLM18 по питанию отфильтровать ВЧ? И как быть с полигонами на TOP и ВОТТОМ? Заливать всё землёй?

Можно разделять питание и даже землю BLM15/BLM18, только не забудьте конденсаторов навешать на стороне радиомодуля в соответствии с его пиковым потреблением и частотой/длительностью его повторения.

Что касается проходных конденсаторов на линиях данных - встаёт вопрос: на чью землю они будут сбрасывать ВЧ шумы

Куда вы не хотите пропустить свои мегагерцы по питанию?
У вас там АЦП чувствительный или вы боитесь что контроллер повиснет?

[Slonofil]

Можно разделять питание и даже землю BLM15/BLM18, только не забудьте конденсаторов навешать на стороне радиомодуля в соответствии с его пиковым потреблением и частотой/длительностью его повторения.

ОК!

Что касается проходных конденсаторов на линиях данных - встаёт вопрос: на чью землю они будут сбрасывать ВЧ шумы

Над этим я пока не подумал

Куда вы не хотите пропустить свои мегагерцы по питанию?
У вас там АЦП чувствительный или вы боитесь что контроллер повиснет?

Никаких сверхчувствительных девайсов в схеме нет, хочу уберечь контроллер.

Несколько вопросов на понимание, если позволите. На 4-слойной плате (питание во внутренних plain-слоях, сигнальные цепи - на TOP и BOTTOM) у меня планируется силовая нагрузка (по входному питанию, +12В, суммарно до 3А), затем стоит ST1S10, от неё в схеме будут питаться PIC32, радиомодуль (868 МГц или 2,4 ГГц), дисплей (TFT) и некоторая мелочёвка вроде RTC etc. Правильно ли предполагаю, что:
1. Разъёмы для подключения силовых нагрузок нужно расположить на одной стороне платы, рядом с разъёмом питания;
2. Землю к силовым нагрузкам на уровне цепей отделить от цифровой земли и вести в plain-слое отдельным полигоном;
3. Заливка на TOP и BOTTOM земляными полигонами над силовыми разъёмами должна быть соединена с не с цифровой землёй, а с силовой;
4. Питание и землю силовых нагрузок имеет смысл разделить от цифрового питания и земли при помощи BLMок каких-нибудь силовых и проходных конденсаторов (их земляные выводы соединить с силовой землёй);
5. Управление силовыми нагрузками выполнить через опто-изоляцию (применяю MOCD207), корпуса ставить над границей, разделяющей полигоны цифровой и силовой земель;
6. Питание радиомодуля разделить от питания цифровой части схемы BLMкой, землю оставить общую, но соединить в одном месте (звездой) около преобразователя;
7. Полигоны заливки цифровой земли радиомодуля на TOP и BOTTOM не соединять с "общей" цифровой землёй;
8. Дисплей, висящий на плоском FFC-шлейфе (10 или 20 см), подкючать к PIC32 через что-нибудь вроде BLA3A (нашёл у нас BLA31AG601SN4D) или BLM15/BLM18.
9. Питание TFT вести через BLMку и проходной конденсатор, землю соединять с цифровой землёй без заморочек;
10. Все провода, идущие наружу (управление силовыми нагрузками, кнопки) защищать TVSками.
11. Есть ли смысл между силовым и цифровым питанием (до преобразователя) ставить что-нибудь вроде BNX022? Насколько эти блочки помогают развязать питание в случае индуктивных, релейных силовых нагрузок? Есть у кого-то такой опыт?
12. Если вздумаю ставить на плату реле для управления сетевыми силовыми нагрузками (двигатели, нагреватели), нужно ли ставить параллельно обмотке помимо диода ещё и конденсатор? Если да, то какого номинала?
13. Правильно ли на контакты реле вешать RC-цепочку для гашения дуги? Какой мощности должен быть резистор (0805, 1206, 2512)?
14. Верна ли рекомендация ставить реле с другой стороны платы по отношению к контроллеру и цифровым ИМС?

Всё верно я понимаю? Ничего важного не забыл?

[_4afc_]

Самое главное понять - что мы защищаем и от каких помех. С ваших слов - защищаем мы МК от импульсных помех. От повышенного напряжения на входах защитят опторазвязки и TVS.
Чего же боится контроллер:
1 - проседание и помехи по питанию,
2 - сбой кварцевого резонатора,
3 - импульсы на ногах ввода/вывода.

Все 3 пункта могут попасть на МК уже после вашей линии обороны за счёт неправильной разводки, например если чистые сигналы пойдут над грязной землёй или грязные полигоны будут над чистыми на большой площади.

>Несколько вопросов на понимание, если позволите. На 4-слойной плате (питание во внутренних plain-слоях, сигнальные цепи - на TOP и BOTTOM) у меня планируется силовая нагрузка (по входному питанию, +12В, >суммарно до 3А), затем стоит ST1S10, от неё в схеме будут питаться PIC32, радиомодуль (868 МГц или 2,4 ГГц), дисплей (TFT) и некоторая мелочёвка вроде RTC etc.

Четырёх слойка - значит стек. Разнесёте внутренние слои - улучшите экранирующий эффект для высокоскоростных сигналов. Землю под резонатором в этом случае лучше убрать.

>1. Разъёмы для подключения силовых нагрузок нужно расположить на одной стороне платы, рядом с разъёмом питания;

Да. Желательно вообще все разъёмы. Например:управление/питание/нагрузка.

2. Землю к силовым нагрузкам на уровне цепей отделить от цифровой земли и вести в plain-слое отдельным полигоном;

Наверно да. Главное видить как токи побегут. Силовая нагрузка - значит постоянный ток. Ему без разницы экран. Распростроняется по пути с наименьшим сопротивлением.
А вот не допустить появление по этим цепям ВЧ состовляющих - необходимо. Например в месте ввода в плату или на проводах.

3. Заливка на TOP и BOTTOM земляными полигонами над силовыми разъёмами должна быть соединена с не с цифровой землёй, а с силовой;

Да

4. Питание и землю силовых нагрузок имеет смысл разделить от цифрового питания и земли при помощи BLMок каких-нибудь силовых и проходных конденсаторов (их земляные выводы соединить с силовой землёй);

Скажем так, идеально как в BNX, т.е. проходные конденсаторы стоят со стороны МК на его земле и в широком диапазоне гасят ВЧ сигнал. BLM стоят на вводе проводов на плату.
Недопустимо нахождение на разных концах платы проходных конденсаторов не блокированных BLM.
Ставя в разрыв земель любое сопротивление (ту же BLM) учитывайте падение на нём напряжения - на сильноточных землях может не хватить запаса для логики
Если у вас плата со всех концов утыкана разъёмами и на них есть земли, то землю МК лучше отделить ещё и BLM.

5. Управление силовыми нагрузками выполнить через опто-изоляцию (применяю MOCD207), корпуса ставить над границей, разделяющей полигоны цифровой и силовой земель;

Вероятно.

6. Питание радиомодуля разделить от питания цифровой части схемы BLMкой, землю оставить общую, но соединить в одном месте (звездой) около преобразователя;

Можно. Если емкость стоящая рядом с модулем справиться с нагрузкой, а BLM стоит рядом с модулем.
Хотя лучше сделать отдельное питание для МК т.к. BLM не спасёт от просадок по питанию если они будут.
Модуль по потреблению у вас почти силовая нагрузка.

7. Полигоны заливки цифровой земли радиомодуля на TOP и BOTTOM не соединять с "общей" цифровой землёй;

А с чем? Здесь я не понял, что за полигоны...

8. Дисплей, висящий на плоском FFC-шлейфе (10 или 20 см), подкючать к PIC32 через что-нибудь вроде BLA3A (нашёл у нас BLA31AG601SN4D) или BLM15/BLM18.

Если есть вариант наводки на шлейф или примеры глюков PIC32 от дисплеев. AT91SAM9RL64 работал без глюков через 33ома в одном корпусе с дисплеем.

9. Питание TFT вести через BLMку и проходной конденсатор, землю соединять с цифровой землёй без заморочек;

Можно просто через BLM и конденсатор у шлейфа. Не увлекайтесь проходными, возможно вам они вообще не понадабяться.

10. Все провода, идущие наружу (управление силовыми нагрузками, кнопки) защищать TVSками.

Это защитит от выгорания. От глюков защитит всё остальное.

11. Есть ли смысл между силовым и цифровым питанием (до преобразователя) ставить что-нибудь вроде BNX022? Насколько эти блочки помогают развязать питание в случае индуктивных, релейных силовых нагрузок? Есть у кого-то такой опыт?

Хуже не будет. Если поставите индуктивность перед ST1S10 не будете фонить своим 1МГц на силовое питание.

14. Верна ли рекомендация ставить реле с другой стороны платы по отношению к контроллеру и цифровым ИМС?

Когда-то КМОП от релюшек расположенных рядом переключались кто-куда. А зачем его рядом с МК ставить? Пусть стоят рядом с разъёмом.

[Slonofil]

Большое спасибо Вам за ответ! Читать-то долго, а уж писАть!.. Жаль, тут нет кнопки "вдарить в репу"

Позволю себе кое-что уточнить:

Чего же боится контроллер:
1 - проседание и помехи по питанию,
2 - сбой кварцевого резонатора

Питание планирую давать через ST1S10, преобразователь работает на 1 МГц, к тому же умеет быстро отрабатывать броски тока. Ну, и с запасом. Может, на выходе сделаю двойной LC-фильтр, если будет не лень. Думаю, этого хватит. По крайней мере, он себя хорошо показал и раньше, не дохнет по КЗ

Кварц буду использовать внутренний (8 МГц), дальше разгоню его или до 50, или до 80 МГц смотря по нагрузке. Ток в этом состоянии у PIC32 где-то 160 мА.

Четырёх слойка - значит стек. Разнесёте внутренние слои - улучшите экранирующий эффект для высокоскоростных сигналов. Землю под резонатором в этом случае лучше убрать.

Не знаю, как делает Резонит - заказываю там. Да и раньше не обращал на это внимание, как таковых сложных высокочастотных проектов не было.

Про земляной полигон (на всех слоях?) под кварцем - это общая рекомендация?

А с чем? Здесь я не понял, что за полигоны...

Ну, я имел в виду заливку на свободных местах земляными полигонами...

Если есть вариант наводки на шлейф или примеры глюков PIC32 от дисплеев. AT91SAM9RL64 работал без глюков через 33ома в одном корпусе с дисплеем.

Раз на раз не приходится. Бывают такие гадкие места, где даже вылизанные платы сбоят. Хочется подобрать такой вариант, чтобы железно, на всех объектах. Иначе потом опять танцы с бубнами, потери времени, денег, репутации =( Хотя, может это я уже дую на молоко.

Когда-то КМОП от релюшек расположенных рядом переключались кто-куда. А зачем его рядом с МК ставить? Пусть стоят рядом с разъёмом.

Тут я имел в виду, что встречал рекомендацию ставить МК на одной стороне платы, а реле (с излучающими катушками) - с другой. Между ними ведь земляной экран, так что меньше влияние.

Я вообще заметил, что в моих схемах глюки как правило проявляются на работе дисплеев и случаются в момент переключения сторонних мощных силовых приборов. Уменьшить такое влияние до минимума - моя сегодняшняя задача.

[_4afc_]

Питание планирую давать через ST1S10, преобразователь работает на 1 МГц, к тому же умеет быстро отрабатывать броски тока. Ну, и с запасом. Может, на выходе сделаю двойной LC-фильтр, если будет не лень. Думаю, этого хватит. По крайней мере, он себя хорошо показал и раньше, не дохнет по КЗ

У вас от ST1S10 PIC32 кушает ток 160 мА с частотой 50-80 МГц и модуль 2А в импульсе рядом. Фильтр нужен только на МК.

Кварц буду использовать внутренний (8 МГц),
Про земляной полигон (на всех слоях?) под кварцем - это общая рекомендация?

Внутренний - снимает проблемы с внешним. У внешнего сильно влияние ёмкосной связи на пузе к окружающему миру.
Поэтому общая рекомендация - стараться её уменьшить. Поэтому полигон не ближе 0.5-1.0мм к основанию (т.е в 3 или 4 слое).

Не знаю, как делает Резонит - заказываю там. Да и раньше не обращал на это внимание, как таковых сложных высокочастотных проектов не было.
Ну, я имел в виду заливку на свободных местах земляными полигонами...

Если что-то залили - лучше подключить куда-то. Оно ведь ёмкостную связь образует с теми слоями между которыми находится.

Раз на раз не приходится. Бывают такие гадкие места, где даже вылизанные платы сбоят. Хочется подобрать такой вариант, чтобы железно, на всех объектах. Иначе потом опять танцы с бубнами, потери времени, денег, репутации =( Хотя, может это я уже дую на молоко.

Вы поставите BLA у которой сопротивление на 100Мгц = 600 Ом как это вам поможет? У вас помеха на объектах в этом диапазоне с таким уровнем или дисплей в этом диапазоне фонит?

Тут я имел в виду, что встречал рекомендацию ставить МК на одной стороне платы, а реле (с излучающими катушками) - с другой. Между ними ведь земляной экран, так что меньше влияние.

Меньше, децибел на 60 вроде. Но катушки стоит подальше даже на другой стороне ставить.

Я вообще заметил, что в моих схемах глюки как правило проявляются на работе дисплеев и случаются в момент переключения сторонних мощных силовых приборов. Уменьшить такое влияние до минимума - моя сегодняшняя задача.

Как "сторонние мощные силовые приборы" связаны с вами? Обшие питание? Общие кабели? Общие шкафы?
Что за тип дисплеев и их подсветки/подогрева?

[Slonofil]

У вас от ST1S10 PIC32 кушает ток 160 мА с частотой 50-80 МГц и модуль 2А в импульсе рядом. Фильтр нужен только на МК.

2А в импульсе - это не GSM, случайно? У меня пока на плате модем не предусмотрен, MRF24J40MA или MRF49XA, а они едят скромнее.

Вы поставите BLA у которой сопротивление на 100Мгц = 600 Ом как это вам поможет? У вас помеха на объектах в этом диапазоне с таким уровнем или дисплей в этом диапазоне фонит?

Про характеристики помех на объектах ничего не могу сказать - тайна велика сия есть. Они даны мне свыше, as is, так сказать. BLA3A выбрал такую, какая есть в продаже. В принципе, дисплей на SSD1963 можно тактировать на скоростях, сопоставимых с 100 МГц, однако я планирую делать это до 30 МГц. Быть может, эта сборка и окажется бесполезной - совершенно не знаю, как проверить её эффективность "на столе". Разве что из-за неё работать не будет - тогда сразу выкину =) В остальном - вести с полей.

Как "сторонние мощные силовые приборы" связаны с вами? Обшие питание? Общие кабели? Общие шкафы?
Что за тип дисплеев и их подсветки/подогрева?

Приборы - реле, движки, нагреватели. Общее с ними - управление по проводам (сейчас хочу отказаться от этого в пользу радиомодулей) и сеть +220В. Мои платы сейчас стоят в железных коробах, но коробы не имеют заземления и гальванической связи с платами и всем, что внутри.

Дисплеи самые разнообразные, знакосинтезирующие (2, 4 строки), графический OLED, планирую вот TFT. Самый частый глюк - у 4-строчных на дисплее выскакивает всякий мусор при включении движка по соседству. Правда, дисплей висит на гибком шлейфе длиной 30 см, но всё это в коробке... Сейчас лечу простой переинициализацией раз в минуту. Коряво, хочется как-то правильно это делать. В том числе, чтобы не зависало. Ну, и какая-нибудь программная обработка состояния дисплея. Думаю над этим.

[_4afc_]

2А в импульсе - это не GSM, случайно? У меня пока на плате модем не >предусмотрен, MRF24J40MA или MRF49XA, а они едят скромнее.

Тогда зачем источник на 3А? Кстати, если поставите LC фильтр между ИП и нагрузкой, то ИП не сможет уже мгновенно реагировать на изменение тока в нагрузке и на данной нагрузке будут небольшие просадки напряжения.

BLA3A выбрал такую, какая есть в продаже. В принципе, дисплей на SSD1963 можно тактировать на скоростях, сопоставимых с 100 МГц, однако я планирую делать это до 30 МГц. Быть может, эта сборка и окажется >бесполезной - совершенно не знаю, как проверить её эффективность "на столе". Разве что из-за неё работать не будет - тогда сразу выкину =) В остальном - вести с полей.

Ну если эта сборка не пропускает 100Мгц, а вы начнёте через неё гонять данные с этой частотой - то они не дойдут. Вернее сильно затухнут и исказятся.
Если помеха попадает на дисплей наводясь на шлейф - фильтры надо ставить в месте ввода шлейфа в дисплей.
На столе - найти нагрузку (паяльная станция, мотор, лампа) включить в цепь питания и пощёлкать. Можно ещё провода к ним на шлейф/дисплей положить.

Приборы - реле, движки, нагреватели. Общее с ними - управление по проводам (сейчас хочу отказаться от этого в пользу радиомодулей) и сеть +220В. Мои платы сейчас стоят в железных коробах, но коробы не имеют >заземления и гальванической связи с платами и всем, что внутри.

Ну и откуда приходит помеха при включении движка? По 220В, 12В или по управлению? Что на это говорит осциллограф? Короба надобы заземлить куда-нибудь. Особенно дисплей.
Сейчас они у вас только от падения отвёртки на прибор защищают.

Дисплеи самые разнообразные, знакосинтезирующие (2, 4 строки), графический OLED, планирую вот TFT. Самый частый глюк - у 4-строчных на дисплее выскакивает всякий мусор при включении движка по соседству. >Правда, дисплей висит на гибком шлейфе длиной 30 см, но всё это в коробке...

В незаземлённой коробке-антенне...
Так может у вас проблемы только с дисплеями и местом их расположения? Может их поэкранировать, пофильтровать, завернуть в фольгу и заземлить?

Мне помогал такой способ. Дотрагивался иголочкой до каждого вывода МК и смотрел на результат. Если сбойнуло значит правил программу или переделывал схему.

Здесь скорее до выводов SSD1963 надо дотрагиваться или его плату править, там ведь тоже и ОЗУ и кварц и питание...