Объединение "чистой" и "грязной" земель Опции

[Pavel V.]

Разрабатываю устройство, которое будет эксплуатироваться в автомобиле (в автобусе). Бортовая сеть имеет напряжение 24 В.

Контроллер - MSP430F2618.

Питание схемы осуществляется через DC/DC преобразователь с широким диапазоном входного напряжения (10-36 В). Поскольку контроллер должен считывать показания аналоговых датчиков, необходимо объединить землю устройства и бортовую землю. Вопрос в том - как грамотно это сделать?

Понятно, что разводить их надо отдельно и объединять где-то в одной точке. Может быть какой-то фильтр надо поставить между ними? Как обычно решается такая задача?

Если для дискретных входов/выходов вопрос легко решается опторазвязкой, для аналогового сигнала это сделать сложно.

Еще интересно как решается вопрос защиты дискретных и аналоговых входов.

На мой взгляд достаточно резистора + стабилитрона (Vстаб = Vcc) на землю. Понимаю, что стабилитрон будет вносить искажения в аналоговый сигнал, но вопрос особой точности не стоит, так что на это можно смело закрыть глаза.

Вход бортового питания вижу следующим образом:

Диод Шоттки -> Дроссель (100 мГн) -> Супрессор (39 В) -> Керам. конденсатор -> DC/DC

Правильно ли я все написал?

Заранее спасибо!

[Pavel V.]

Спасибо за обсуждение! Пока остановлюсь на варианте, предложенном =АК=, с двумя диодами. Кстати, вопрос - к какому питанию подключать диоды - к "грязному" или "чистому"?

И по поводу преобразователя MAX5035 - работал кто-нибудь с ним?

[gte]

Спасибо за обсуждение! Пока остановлюсь на варианте, предложенном =АК=, с двумя диодами. Кстати, вопрос - к какому питанию подключать диоды - к "грязному" или "чистому"?

К грязному, если сможете выдержать допуск по допустимому напряжению на входах.

В этом, кстати, еще одно преимущество диодов над стабилитронами.

Нет никакого преимущества. Зачем садить стабилитрон на каждый вход? Достаточно один на группу + диоды.

[Pavel V.]

К грязному, если сможете выдержать допуск по допустимому напряжению на входах.

У меня порты рассчитаны на 3.3В, поэтому верхний диод должен быть посажен на +3.3В. В принципе, можно устроить локальное "грязное" питание. А с землей не понятно.. Что-то я совсем запутался.

Нет никакого преимущества. Зачем садить стабилитрон на каждый вход? Достаточно один на группу + диоды.

А не могли бы Вы набросать схему такого подключения?

[gte]

У меня порты рассчитаны на 3.3В, поэтому верхний диод должен быть посажен на +3.3В. В принципе, можно устроить локальное "грязное" питание. А с землей не понятно.. Что-то я совсем запутался.
А не могли бы Вы набросать схему такого подключения?

Так стабилитрон и образует это грязное питание. Берете подходящий стабилитрон, запитываете его минимальным током от подходящего питания на него пускаете верхний защитный диод входа, нижний диод на землю. В итоге пути у помехи минимальны и не прыгает питание. Обратите внимание, что если входы контроллера толерантны к 5В, то требования к стабилитрону менее жесткие.

[=AK=]

У меня порты рассчитаны на 3.3В, поэтому верхний диод должен быть посажен на +3.3В. В принципе, можно устроить локальное "грязное" питание. А с землей не понятно..

В вопросах помехоустойчивости очень не советую рассматривать питание как нечто, принципиально отличающееся от земли. Считайте, что питание и земля - это одно и то же, поскольку по переменному току они образуют единую землю. Две "сетки" проводников (проводники земли и проводники питания) объединены воедино при помощи развязывающих конденсаторов. ВЧ помеха распространяется по этой объединенной сетке как по одному целому, не различая земли и питания. Для помехи и то и другое - "земля".

Исходя из этого, статья на Сахаре вообще не рассматривает питание отдельно. Там рассматривается только "обобщенная" земля, что включает и в себя все цепи питания, смещения, и т.п., все цепи, связанные с "настоящей" землей по ВЧ через кондеры.

Так стабилитрон и образует это грязное питание. Берете подходящий стабилитрон, запитываете его минимальным током от подходящего питания на него пускаете верхний защитный диод входа, нижний диод на землю.

У стабилитронов большой разброс напряжений между экземплярами. У стабилитронов высокое дифф. сопротивление. Поэтому при использовании стабилитрона трудно гарантировать надежную защиту, особенно при низких напряжениях.

Если рассуждать "на пальцах", то все выглядит просто. А когда попробуете рассчитать схему, то убедитесь, что защита на стабилитронах работает вовсе не так красиво, как кажется с первого взгляда.

В итоге пути у помехи минимальны и не прыгает питание.

Если "прыжок" питания не выходит за пределы предельно допустимого, то вреда от него нет. Наоборот, этот "прыжок" в определенном смысле предохраняет пин от выхода из строя, иначе встроенный защитный диод (который с пина на питание) будет перегружен по току и может сдохнуть. И даже если он не сдохнет, то питание все равно "прыгнет" - за счет тока, прошедшего через него.

[gte]

У стабилитронов большой разброс напряжений между экземплярами. У стабилитронов высокое дифф. сопротивление. Поэтому при использовании стабилитрона трудно гарантировать надежную защиту, особенно при низких напряжениях.
---
Если "прыжок" питания не выходит за пределы предельно допустимого, то вреда от него нет. Наоборот, этот "прыжок" в определенном смысле предохраняет пин от выхода из строя, иначе встроенный защитный диод (который с пина на питание) будет перегружен по току и может сдохнуть. И даже если он не сдохнет, то питание все равно "прыгнет" - за счет тока, прошедшего через него.

Не все так красиво при "сливе" в питание контроллеров. Они сейчас потребляют мало, отвязаны от того места питания в которое будет сброс помехи, дросселями и конденсаторами.
При 3,6 В и толерантных к 5В входах на стабилитроне вообще огромный запас, а в питании более жесткий. Но самое главное, сброс на стабилитрон делается вблизи возникновения помехи, а при сбросе в питание контроллера придется решать весьма противоречивые задачи по размещению и разводке. Если диапазон помехи определен, то худший вариант считается с учетов параметров выбранных деталей.

[=AK=]

сброс на стабилитрон делается вблизи возникновения помехи

Это как? Помехи возникают в одном месте, плата с электроникой и цепями защиты стоит совсем в другом.

при сбросе в питание контроллера придется решать весьма противоречивые задачи по размещению и разводке.

По-моему, это не задача противоречива, a есть внутреннее противоречие в рассуждениях.

Если говорить о наносекундных помехах, для которых большую роль играет разводка, то энергия помех слишком мала, чтобы оказать влияние на напряжение питания. Ближайший блокировочный конденсатор (который должен, конечно, специально стоять неподалеку от диодов) сгладит все, что пройдет через диод на шину.

Если же говорить о перенапряжениях на входах, которые, действительно, в принципе способны "поднять" шину питания, то для них не имеет смысла рассуждать о разводке, конденсаторах и пр. Простейшая защита от них - стабилитрон (или TL431) на шине питания, в любом месте.

[gte]

>Цитата(gte @ Apr 26 2010, 19:49) *
>Если диапазон помехи определен, то худший вариант считается с учетов параметров выбранных деталей.

Самая главная деталь здесь - PCB
Надо честно признать что никакие умозрительные советы здесь человеку не помогут.

Речь шла об учете характеристик стабилитрона. Все остальное, что Вы пишете, правильно, но не по контексту.

Это как? Помехи возникают в одном месте, плата с электроникой и цепями защиты стоит совсем в другом.
--
Если же говорить о перенапряжениях на входах, которые, действительно, в принципе способны "поднять" шину питания, то для них не имеет смысла рассуждать о разводке, конденсаторах и пр. Простейшая защита от них - стабилитрон (или TL431) на шине питания, в любом месте.

Для платы помехи возникают в точке подвода. Зачем их вести по плате до того места, где есть питание контроллера, ставить по питанию ограничение в виде TL431, а затем заботится о возвратном пути, когда можно вернуть, практически, в точке подвода теми же средствами? Универсальных решений, конечно нет, но наименьший пути прохождения помехи, я думаю, это благо.

[=AK=]

Для платы помехи возникают в точке подвода. Зачем их вести по плате до того места, где есть питание контроллера, ставить по питанию ограничение в виде TL431, а затем заботится о возвратном пути, когда можно вернуть, практически, в точке подвода теми же средствами? Универсальных решений, конечно нет, но наименьший пути прохождения помехи, я думаю, это благо.

Действительно, зачем "вести помехи туда, где есть питание"? Вместо этого можно провести питание туда, куда требуется. Вам ведь все равно нужно питание для подачи смещения на стабилитрон. Так лучше выбросить резистор смещения и поставить копеечный керамический конденсатор вместо стабилитрона.

А о возвратных токах от TL431 заботиться вообще не надо, токи через него слишком медленные, чтобы создать проблему.

[AlexandrY]

Действительно, зачем "вести помехи туда, где есть питание"? Вместо этого можно провести питание туда, куда требуется. Вам ведь все равно нужно питание для подачи смещения на стабилитрон. Так лучше выбросить резистор смещения и поставить копеечный керамический конденсатор вместо стабилитрона.

Чет я не понял. Вы или не вы писали ту статью на сахаре?
Там же сказано что минимальное напряжение наносекудных импульсов 500 В.
Т.е. даже через резистор 500 Ом будет ток в 1 А.
А дальше уже идут методы анализа радиочастотных цепей.
Те же 3-х вольтовые Cortex-ы и прочие сделаные по нормам 0.3 и меньше легко реагируют на помеху в 10 нс.
Для такой помехи питание никак не может считаться эквивалентным земле, а земля не может считаться эквипотенциальной.
Все определяет разводка, а не несчастные стабилитроны на входах.
Кстати, почему стабилитроны, а не TVS-ы специально заточенные для данного применения?

[=AK=]

минимальное напряжение наносекудных импульсов 500 В.

Ага. Минимальное испытательное. Приложенное к схеме определенным образом, четко оговоренным в стандартах - через "емкостной зажим", и пр.

Т.е. даже через резистор 500 Ом будет ток в 1 А.

Это все из области фантазий. Стандарт не требует, чтобы тестовое напряжение прикладывалось непосредственно ко входу.

Для такой помехи питание никак не может считаться эквивалентным земле, а земля не может считаться эквипотенциальной.

Для такой помехи земля не может считаться эквипотенциальной, верно. А вот питание может и должно считаться эквивалентным земле: оно в той же степени не эквипотенциально.

Все определяет разводка, а не несчастные стабилитроны на входах.

Многое, но не все. Одной только разводкой вы входы от перенапряжения не защитите.