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CPCI设计中数模混合&接地问题

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本帖最后由 newton64 于 2016-9-18 15:16 编辑

在PXI的规范2.2中提到(硬件模块的规范应该和CPCI相近):

RECOMMENDATION: Analog component grounds SHOULD be referenced to the module front panel
ground.

RECOMMENDATION: The front panel ground and the PXI (digital) backplane ground SHOULD be
separated so that the high speed clock edges do not produce spurious signals in the analog circuits.  


OBSERVATION: The ground of high speed digital circuits should be returned back to the PXI ground and
not the analog ground
OBSERVATION: Analog circuits should be grounded to the front panel of the module.  


根据以上摘出的几条来看,规范为了免除数字信号对模拟的影响建议将两个地分割,数字地走背板地,模拟地走前面板地。
那么我就有些疑惑了:
1.前面板地就是通过前面板连接pcb侧边条进而连接导轨的“外壳地”吧?由于有大量机械连接(前面板到pcb,pcb到导轨),其接触电阻应该不小。另外作为外壳地,出于屏蔽作用应该会接收很多交流的辐射。以上这些不会影响模拟地的稳定吗?

2.规范中提到了建议模拟地和数字地间接一电阻,但怎么感觉下面两条有点矛盾呢?
OBSERVATION: Having the front panel ground and the digital ground entirely separated may make the
module unduly sensitive to static handling problems. This can be alleviated by adding a resistor between the
two grounds whose value is significantly higher than the impedance of the PXI ground to the chassis power
supply ground, a value of greater than 10 ohms and less than 100 k ohms being adequate is most cases. The
presence of a 10 ohm connection is unlikely to introduce significant current since it is much higher than the
resistance from the PXI backplane ground to the power supply.

OBSERVATION: Modules should be designed to maximize the impedance above 100 kHz between the
PXI backplane ground and the module front panel.
其中黑体字部分有些冲突?  



3.规范中同时建议了下图的处理方法:

个人认为这种π型网络加上数字模拟电路布局的分割已经足以使模拟信号很干净了,应该都使用背板的地作为回流也可以,为什么规范要建议走前面板地呢?

求高手指点,谢谢!

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沙发
newton64|  楼主 | 2016-9-19 11:57 | 只看该作者
求大神解惑。。。。。

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板凳
wotphy| | 2016-9-20 09:15 | 只看该作者
本帖最后由 wotphy 于 2016-9-20 09:27 编辑

a value of greater than 10 ohms and less than 100 k ohms——人手操作时有静电要泄放。为什么不是0Ω?防止直接泄放到电源地,严重影响电源质量。为什么不是∞Ω?泄放不了,泄放太慢。这里所谓的泄放是操作过程中的静电泄放,也就是插拔过程中的静电泄放,而不是插好了固定好了的时候的静电泄放——插好了固定好了直接通过机箱泄放了,不是吗。这不是一个静态的问题。

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地板
wotphy| | 2016-9-20 09:31 | 只看该作者
Modules should be designed to maximize the impedance above 100 kHz between the PXI backplane ground and the module front panel. ——100KHz以上的“高频干扰”串到单板回路,很可能影响回路功能,所以要最大化单板本身前后的阻抗,使得干扰选择低阻抗的回路泄放。低阻抗的回路有两种:板上10~100KΩ的泄放电阻以及机箱本身,机箱本身阻抗最低是理想的泄放通道。

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5
wotphy| | 2016-9-20 09:44 | 只看该作者
综上,
1、模拟地与数字地隔离是为了 the high speed clock edges do not produce spurious signals in the analog circuits
2、模拟地与数字地之间加电阻是为了解决the module unduly sensitive to static handling problems的问题
3、为使高频干扰选择低阻抗路径即机箱泄放,所以Modules should be designed to maximize the impedance above 100 kHz between the PXI backplane ground and the module front panel.
4、至于“个人认为这种π型网络加上数字模拟电路布局的分割已经足以使模拟信号很干净了,应该都使用背板的地作为回流也可以,为什么规范要建议走前面板地呢?”——既然因为前面的原因,数字地与模拟地隔离了,而实际模拟地和数字地是同一个参考,那么这同一个参考就是电源地。数字地通过接插件、backplane接到电源地,模拟地通过front panel、机箱接到电源地。

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6
newton64|  楼主 | 2016-9-20 14:58 | 只看该作者
本帖最后由 newton64 于 2016-9-20 15:00 编辑
wotphy 发表于 2016-9-20 09:44
综上,
1、模拟地与数字地隔离是为了 the high speed clock edges do not produce spurious signals in the ...

十分感谢您的回复,
ESD的问题通过您讲的我已经明白了,谢谢。

另外我还是对通过机箱回流模拟电流比较担心,因为有较多物理的接触点,我不太肯定接触电阻或者最大允许通过电流是多大。另外像我之前担心的外壳上不会耦合一些射频的东西进来吗,机箱回路的阻抗又不像印制板可控,会影响模拟地吗?

另一个问题就是既然模拟数字地分开了,模拟数字电源需要分开吗?PXI上来有3.3/5/+12/-12,数字电路用过后直接过π型滤波给模拟电路吗?还是最好过一个隔离的DCDC?
其实不知道是我误解了什么,我总觉得平时习惯的用法是一个电源供电,回流就在供电路径下方,由此返回DCDC或者LDO或者线性电源等等。但现在的应用等于变成供电从总电源->背板->数字区域->模拟区域,然后回流是从另一条遥远的路径也就是机箱回流到总电源,这样貌似构成了一个巨大的闭合环路,好像很容易产生EMI问题。

请您不吝赐教,谢谢!

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7
wotphy| | 2016-9-22 11:21 | 只看该作者
newton64 发表于 2016-9-20 14:58
十分感谢您的回复,
ESD的问题通过您讲的我已经明白了,谢谢。

模拟信号是用来采样、测量的,用的器件比如运放输入阻抗很高,因此电流不会大。
数字电源和数字地靠近,这个好理解;
模拟电源和模拟地形成一个环,这不会有问题,模拟信号有多高频率?担心信号完整性?EMI?我认为这种担心是多余的。最多担心EMC吧。但机壳作模拟地,阻抗很小,有干扰也直接回到电源地泄放了,不会影响到模拟信号本身,除非有很强大的雷电电流,会抬升模拟地,但就应用场合来说,没有这种情况。所以EMC应该也没问题。但这跟测试方法、标准有关系。

现在数字和模拟还有一种形式:采用隔离器件的隔离,电源和信号都隔离,这时候模拟信号就是浮空的了。

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8
newton64|  楼主 | 2016-9-27 16:11 | 只看该作者
wotphy 发表于 2016-9-22 11:21
模拟信号是用来采样、测量的,用的器件比如运放输入阻抗很高,因此电流不会大。
数字电源和数字地靠近, ...

谢谢您的回复

我其实确实想说担心EMC,如果阻抗足够小这担心确实是多余的,是不是说机壳与印制线相比通流能力大多了?

我的模拟信号确实有很大电流,因为我要做的是个电源,输出几A的模拟信号,所以担心那些接触点的电阻。

不过我倒是量了几款NI的卡确实是这样分开走的,只不过有些卡数字和模拟地是在板上分开的有些是连一起的,您说的隔离器件我以前倒是也用过,就是都集成度很低,在有很多数字信号作为控制介入模拟区域时很不方便,不知道是不是应该只隔离那些频率高的控制信号就好了,而低速的开关控制不隔离也没关系,这样理解不知道对不对?

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