Le blindage peut, quelle est la bonne façon?

J'aime protéger un de mes circuits sensibles avec un bouclier. Je n'ai pas d'image, mais en gros, j'ai assemblé un rectangle de masse de 1 mm d'épaisseur sur la couche supérieure, et je placerai le bouclier au-dessus de celui-ci de manière à ce qu'il entre en contact avec cette trace de terre.

J'ai quelques inquiétudes.

1. Suis-je en train de créer une boucle de masse en faisant cela?
2. Si je n'utilise pas le bouclier, est-ce que je fabrique une antenne qui captera le bruit?
3. Quelle est la pratique recommandée pour ce type de bouclier?

En fait, j'aime connecter le bouclier en un seul point, mais un spécialiste du matériel qui a plus d'expérience insiste pour qu'il aime avoir un sol rectangulaire entièrement exposé, afin que le bouclier puisse toucher le sol à chaque point.

Mise à jour

Voici une représentation très rudimentaire.

MISE À JOUR 2

Le bruit est à la sortie de notre amplificateur (transimpédance). Elle est d'environ 3 à 5 mV pour une amplification de 300 000. (J'ai fait des erreurs dans la première configuration et je fais maintenant une meilleure planche et l'objectif est de réduire le bruit du premier étage à moins de 1 mV.)

J'ai deux LDO qui prennent l'énergie de la batterie. Les deux sont des PSRR élevés . Il s'agit d'une carte à six couches avec la pile suivante, S / G / S / G / P / S. C'est un peu inhabituel, mais je cache des signaux sensibles entre ces motifs. La carte n'a pas besoin d'être à six couches, mais cela fera plus tard partie d'une autre planche encombrée, d'où les six couches.

Les sources de bruit sont abondantes:

• Alimentation: nous atténuons cela avec de bons LDO, un filtrage ( filtre pi ), des condensateurs de dérivation, etc. Jusqu'à présent, dans le pire des cas, je vois une ondulation de 1-2 mV sur l'alimentation; cela pourrait même être mon équipement. (Je n'ai pas un bon équipement, les amplificateurs ont également un PSRR de 50 + dB, donc cela devrait avoir un impact minimal sur la sortie.)

• Bruit Opamp: Il s'agit du bruit inhérent provenant de l'amplificateur. J'ai un ampli op à faible bruit. .$3\ nV/\sqrt{Hz}$

• Photodiode: J'utilise une grande photodiode, cela capte le bruit, inévitable.

• Autres sources électromagnétiques: Nous avons vu que la carte est très sensible, le bruit monte dans diverses situations. De plus, les schémas de référence de certaines sources recommandent de protéger les sources de bruit extérieur réduites.Nous mettons donc cette option de blindage pour tester notre prochaine carte.

MISE À JOUR 3

• 3-5 mV existe même sans le 10K et le C1. Essentiellement aucune entrée à l'opamp. Cela me fait penser que ma mise en page n'est pas parfaite.

Voici les schémas de base de l'amplificateur. Je peux ajouter plus si nous pensons que c'est nécessaire.

Les règles suivantes ont été observées:

• Remplissez deux couches de sol connectées via plusieurs vias .
• L'alimentation 3,3 V (également l'alimentation des amplis-op) est filtrée via un condensateur au tantale de 2,2 µF et le réseau pi (survol 100 kHz) avant l'alimentation de la photodiode (c'est-à-dire avant la résistance 10K). Nous avons également des condensateurs 1/100/10 nF proches du 10K. (Je ne suis pas sûr que ce soit une excellente idée, mais il vaut mieux être en sécurité.)
• C1 bloque le DC (architecture couplée AC), nous amplifions uniquement AC.
• Opamp a 1/100/10 nF aux broches d'alimentation et de polarisation (la polarisation est fournie par le deuxième LDO).
• Le condensateur de rétroaction et la résistance sont placés aussi près que possible de l'ampli-op.
• Toutes les traces de signal entre les photodiodes et les amplificateurs opérationnels sont minimisées; nous parlons du pire des cas <2 cm.
• Tous les signaux jugés critiques sont placés entre deux couches au sol.

Une autre observation qui explique pourquoi nous pensons au blindage: je connecte une résistance à notre générateur de fonctions et j'allume, c'est via des câbles crocodiles, (essentiellement une antenne cadre), donc nous savons qu'elle rayonne à la fréquence que nous choisissons. Je peux voir la sortie de l'ampli op ramassant bien et amplifiant. Il est donc très clair pour moi que des sources externes entrent en jeu, d'où toute la discussion.

Quand j'entends pour la première fois quelqu'un qui veut utiliser un bouclier, je commence par dire qu'un bouclier est le premier refuge des incompétents. Ce n'est pas tout à fait juste car il existe des utilisations légitimes pour les boucliers, mais cela donne le ton à la vraie discussion, qui concerne généralement les émissions RF ou la sensibilité et, finalement, les mauvaises mises à la terre qui causent le désordre.

Un bouclier devrait être le dernier refuge des compétents. Les boucliers ont également des inconvénients importants, au-delà du problème de coût évident. Les incompétents croient au mythe que si vous enfermez quelque chose dans une boîte conductrice, l'énergie RF ne peut pas sortir ou entrer. Ce n'est absolument pas vrai. Un bouclier peut également devenir une antenne s'il n'est pas conçu correctement.

Avant de parler de votre bouclier, nous devons d'abord examiner attentivement votre stratégie de mise à la terre. Les blindages et la mise à la terre vont de pair. Expliquez quel est exactement le problème que vous pensez que le bouclier résoudra, comment tout est mis à la terre, quelles sont les sources de bruit, etc.

En général, une bonne mise à la terre fera plus pour réduire les émissions et la sensibilité RF qu'un blindage. Si la mise à la terre est effectuée correctement, un blindage peut ajouter une atténuation supplémentaire des émissions. Si la mise à la terre est mal faite, le blindage pourrait devenir une antenne et aggraver les choses. Avec une bonne mise à la terre, vous voulez généralement que le blindage entourant le circuit avec le moins de trous et le plus petit possible, connecté à la terre du circuit principal en un seul endroit .

Encore une fois, parlez-nous de votre circuit, de sa configuration et de votre problème. Ensuite, nous pourrons discuter davantage du bouclier s'il est toujours approprié.

Ajouté après la mise à jour 2:

Il semble que votre principale préoccupation soit le bruit entrant dans votre signal analogique. Vous avez actuellement un bruit de 3 à 5 mV à la sortie du premier amplificateur, mais vous voulez le réduire à 1 mV. Vous dites que c'est un amplificateur transimpédance, mais cela est contredit par votre gain de 300k, donc nous ne savons toujours pas ce qu'est vraiment votre circuit.

D'où vient le signal d'entrée? Comment parvient-il à l'entrée de l'amplificateur? Quelle est sa référence et qu'avez-vous fait pour vous assurer que cette référence est propre? Le vrai problème est de rendre ce premier étage amplificateur aussi silencieux que possible. Après cela, le signal est de niveau supérieur et d'impédance plus faible, il ne sera donc pas aussi sensible. Quelles sont les sources de bruit externes qui pénètrent dans le signal d'entrée? Combien de bruit retirez-vous du premier étage si vous court-circuitez son entrée?

Un PSRR élevé pour les amplificateurs et les régulateurs de tension est bon, mais gardez à l'esprit que cela ne s'applique qu'aux basses fréquences. Si vous avez un circuit particulièrement sensible, donnez-lui son propre régulateur linéaire avec les entrées d' alimentation de ce régulateur filtrées. Quelque chose comme un inducteur à puce suivi d'un grand condensateur en céramique à la terre devant le régulateur est généralement bon. Peut-être même deux d'entre eux en série. Le but est d'éliminer les hautes fréquences sur l'alimentation de sorte que l'électronique active dans le régulateur puisse gérer le reste. Je voudrais voir les filtres tomber à 10 kHz ou moins. Vous souhaitez également garder les alimentations non filtrées éloignées du signal d'entrée pour éviter le ramassage capacitif. Les traces de garde peuvent aider.

Je n'aime pas les deux couches au sol. Deux couches au sol peuvent vous causer des ennuis à moins qu'elles ne soient cousues régulièrement. Encore une fois, vous pensez au bouclier alors que vous devriez plutôt penser soigneusement à la mise à la terre. Visualisez tous les courants de retour circulant et assurez-vous que les composants haute fréquence ne traversent pas le plan de masse. Utilisez des plans souterrains locaux sous des sections spécifiques qui produisent soit du bruit à haute fréquence, soit sont sensibles à ce bruit. Les condensateurs de dérivation immédiats vont au réseau de mise à la terre local, qui est ensuite relié au réseau de mise à la terre global en un seul endroit.

Montrez le circuit du premier étage amplificateur et expliquez comment tous les motifs sont réellement disposés.

Ajouté après la mise à jour 3:

3-5 mV existe même sans le 10K et le C1. Essentiellement aucune entrée à l'ampli-op. Cela me fait penser que ma mise en page n'est pas parfaite.

Cela vous indique que le bruit ne provient pas du photodétecteur, vous pouvez donc l'oublier pour l'instant. Le bruit est soit sur la tension de polarisation pour l'entrée positive, soit sur le sol.

Remplissez deux couches de sol connectées via plusieurs vias.

Encore une fois, je ne pense pas que ce soit une bonne idée pour deux raisons. Tout d'abord, ces deux plans doivent être régulièrement cousus ensemble. Ce n'est pas aussi facile à faire correctement qu'il n'y paraît. Deuxièmement, il semble que vous n'ayez donc pas utilisé de sous-sol pour les sous-systèmes critiques. Une partie de l'intérêt de ces sous-sols est d'isoler les courants de boucle haute fréquence pour les maintenir éloignés de la terre principale. En attachant chaque sous-terre à la terre principale en un seul endroit, il maintient les courants de boucle haute fréquence locaux et empêche le sous-système de voir les tensions de décalage entre les différents points de terre en raison des courants sur le plan de masse.

L'alimentation 3,3 V (également l'alimentation pour les amplificateurs opérationnels) est filtrée via un condensateur au tantale de 2,2 µF et un réseau pi (survol 100 kHz) avant l'alimentation de la photodiode (c'est-à-dire avant la résistance 10K).

Mais vous ne montrez rien de tout cela. Un condensateur au tantale aura une réponse à haute fréquence plus faible et un ESR plus élevé qu'un condensateur en céramique. Il n'y a vraiment aucune raison d'utiliser un condensateur au tantale à cette tension et à cette capacité. En outre, un condensateur en soi n'est pas très bon sans une certaine impédance contre laquelle travailler. Vous mentionnez un réseau pi, mais rien de tout cela n'est montré sur le schéma et vous ne parlez que d'une seule capacité, donc cela ne correspond pas.

Comme je l'ai également dit précédemment, 100 kHz est trop élevé. Comme je l'ai dit, j'aimerais voir cela à 10 kHz ou moins.

Nous avons également des condensateurs 1/100/10 nF proches du 10K.

Bien, mais encore une fois, ils ont besoin d'une certaine impédance pour lutter contre. Un inducteur de puce de perle de ferrite en série avec l'alimentation d'alimentation ferait cela, comme je l'ai dit précédemment.

L'amplificateur opérationnel a 1/100/10 nF aux broches d'alimentation et de polarisation

D'accord, mais encore une fois, ceux-ci ont besoin d'une certaine impédance pour lutter contre. Un inducteur à puce en série serait utile.

Aussi, encore une fois, où exactement ces condensateurs se connectent-ils à la terre? Je soupçonne que vous venez de percer vos avions au sol. Encore une fois, tout cela doit être connecté à un réseau de masse local connecté au plan de masse principal en un seul point.

Le condensateur de rétroaction et la résistance sont placés aussi près que possible de l'ampli-op.

Bien.

Toutes les traces de signal entre les photodiodes et les amplificateurs opérationnels sont minimisées; nous parlons du pire des cas <2 cm

Vous avez déjà montré que ce n'est pas de là que vient le bruit.

Tous les signaux jugés critiques sont placés entre deux couches de sol.

Encore une fois, ce type de blindage n'est utile que si vous avez un sol propre, ce que je ne pense pas. Si vous ne le faites pas, tout cela ne fait qu'augmenter le couplage capacitif du bruit au sol à votre signal.