immunità ai disturbi

Ciao a tutti! Sto costruendo un dispositivo analogico basato su sensori MEMS di precisione, ma ho necessità di inserire nel circuito un piccolo microcontrollore.

I problemi che mi pongo sono due: il clock del micro (che sarà interno) può disturbare il sensore? In che misura, e soprattutto, come faccio a ridurre questo disturbo? La banda del sensore è 100 Hz e in uscita ho un'amplificazione seguita da un filtro passa-basso con taglio a 10 Hz; è possibile ipotizzare (sperare...) che il disturbo introdotto dal clock sia interamente tagliato fuori dai due filtri (interno ed esterno) che agiscono sul sensore? Mi conviene magari inserire delle ferriti a questo scopo?

L'altro problema riguarda le masse; il sensore esce in 4-20 mA a 3 fili (alimentazione, segnale e massa). Ho bisogno anche di un filo di output da micro, che presumibilmente dovrà essere optoisolato. Come mi regolo con le masse? E' assolutamente necessario separare la massa analogica da quella digitale? Come collego le due masse sul circuito?

Grazie a chi vorrà aiutarmi.

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stinf
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Il giorno Mon, 17 Jan 2011 12:57:55 +0100, stinf ha scritto:

Il disturbo creato dal µC è in genere di lieve entità, lo riduci naturalmente filtrando e curando principalmente i collegamenti di alimentazione.

Se le frequenza in gioco sono quelle l'oscillatore interno al µC è parecchio più in alto, se ben filtrato con condensatori ceramici non deve creare problemi, le ferriti non sono essenziali, al limitas metti una BL01 per disaccoppiare.

Dipende, in genere la massa analogica e digitale si collegano in un punto solo, magari mediante una BL01. L'optoisolamento spesso non è necessario perchè serve principalmente a rompere gli anelli di massa o 'ground loop', se fai un cablaggio evitando anelli puoi faena a meno.

Però non hai precisato a quanti bit è l'ADC e che sensibilità effettiva ti serve.

-- ciao Stefano

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SB

Il 17/01/2011 13.47, SB ha scritto:

Quindi potrebbe essere sufficiente usare un alimentatore (LDO o qualcosa di simile) per la parte digitale, in modo da separare fisicamente l'alimentazione analogica... è così?

più

Ok

Beh, questo potrebbe risparmiarmi molte rogne... ma se collego le due masse solo in un punto, poi devo comunque portarle fuori entrambe? Oppure posso usare la massa analogica anche per il segnale digitale senza disturbare la sensibilità e la precisione del sensore?

L'ADC è la parte meno importante del circuito, nel senso che io prodotto sarà un sensore analogico, con in più una piccola parte digitale che acquisisce la temperatura (anche 8 bit vanno bene) e la invia su una linea esterna insieme ad altre informazioni. La parte analogica invece è parecchio precisa, e da qui deriva la mia paura di "intaccare" l'analogico con il digitale...

Ciao e grazie

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stinf

stinf:

Dipende dalla resistenza interna dell'alimentatore. E comunque servirebbero

2 LDO, uno per l'analogico ed uno per il digitale.

Sì.

Direi proprio di no. Dipende dalla precisione che vuoi avere.

Mmmm... Non so se sia una buona idea. E comunque è importante sapere con quale risoluzione leggerai quell'uscita. Fino a 8-10 bit (una parte su mille) non ci sono grossi problemi, più sali e più la faccenda diventa critica.

Parecchio quanto?

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F. Bertolazzi

Il 17/01/2011 15.28, F. Bertolazzi ha scritto:

Certo, ovviamente ne serve anche uno per la parte analogica; intendevo dire che non posso usare lo stesso LDO per entrambe le sezioni.

Ok, questo mi suona meglio; nel senso che avevo capito che collegandole in questo modo potevo evitare di portarle entrambe, e la cosa non mi suonava tanto bene...

L'uscita digitale, come detto, dovrebbe essere a 8 bit; quella analogica, essendo in corrente, avrà una risoluzione di 0.8 uA tra 4 e

20 mA (sono 20000 punti).

Ciao e grazie

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stinf

Il giorno Mon, 17 Jan 2011 15:12:08 +0100, stinf ha scritto:

Si, può bastare anche una configurazione a stella, cioè separare i percorsi positivo e negativo subito dopo il regolatore in modo che siano uniti in un solo punto, ovviamente il filtraggio sarà di ogni Vcc verso la corrispondente 0V.

Se le tieni separate devi considerare entrambe come indipendenti, e attenzione a non fare spire.

Che tipo di linea? Collegata a cosa?

Se fai il cablaggio con cura evitando ground loop e metti i condensatori di filtro nei punti giusti in teoria dovresti riuscirci, poi bisogna vedere come va in pratica.

-- ciao Stefano

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SB

stinf:

Se però la resistenza dell'alimentazione è alta o non hai una buona capacità ad abbassarla almeno sugli spike, il fatto di mettere due LDO non ti aiuta più di tanto. Credo però che la parte digitale consumi abbastanza poco, quindi, secondo me, ti conviene fare come consiglia SB, stella con ferriti.

Quindi quasi 15 bit. Iniziamo ad andare sul critico, ma, mettendo i condensatori sulle alimentazioni ben vicini agli integrati e dividendo per benino masse e alimentazioni dovresti farcela senza troppi problemi.

Mi raccomando, oltre la stella, un bel piano di massa senza interruzioni (beh, chiaramente quasi) almeno su di un lato (ma anche sull'altro io riempio quanto più possibile, anche per motivi ecologici ;-) ed eventualmente resistenze da 1k su tutti i segnali digitali che vanno dalla parte digitale a quella analogica o viceversa.

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F. Bertolazzi

Il 17/01/2011 17.13, SB ha scritto:

Al momento non l'ho ancora deciso. Pensavo di usare un semplice protocollo a un filo (onewire o qualcosa del genere). Il lettore non esiste ancora, ma presumibilmente sarà un data logger opportunamente modificato (eventualmente portatile).

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stinf

Il 17/01/2011 12.57, stinf ha scritto:

Ricapitolando, mi consigliate di:

- separare le alimentazioni delle due parti analogica e digitale, proteggendo ciascuna con ferriti;

- usare una topologia a stella per le alimentazioni, evitando sovrapposizioni di piste;

- tenere le masse separate, collegandole solo in un punto con una ferrite;

- evitare i ground loop, in modo da risparmiare anche l'optoisolamento della parte digitale;

- portare in uscita entrambe le masse separatamente;

- fare attenzione a mettere i condensatori di filtro delle alimentazioni separatamente su ogni linea.

Le due parti analogica e digitale sono separate, quindi non ho collegamenti dall'una all'altra. Anzi, mi chiedevo... se mettessi le due parti su due PCB diversi, ne guadagnerei in immunità? Dovrei però comunque portare l'alimentazione da uno stampato all'altro in qualche modo...

Ciao e grazie a entrambi

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stinf

stinf:

Cioè, fai tutta 'sta manfrina sulle alimentazioni disaccoppiate e poi le vuoi massacrare così?

Io avrei pochi dubbi, soprattutto se il cavo analogico e quello digitale corrono insieme: linea bilanciata con trasmettitore a slew-rate controllato.

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F. Bertolazzi

stinf:

Secondo me no. Comunque, per "alimentazione a stella" si intende una cosa assai simile: il tuo stampato dovrà essere fatto di due parti isolate fra loro. In mezzo alle due parti metti il regolatore di tensione (e relativi condensatori), dal cui pin di uscita fai partire due piste, una che va alla ferrite di alimentazione analogica e l'altra a quella digitale. Dal pin di massa del regolatore fai uscire altre due piste, che andranno alle masse dei due sottocircuiti, possibilmente passando sotto le ferriti.

Molto molto importante, veramente fondamentale, è un piano di massa esteso e non interrotto. Fa' molta attenzione che i condensatori sulle alimentazioni non solo siano vicini ai rispettivi IC, ma soprattutto che ci sia un percorso dritto, breve e largo verso i pin di alimentazione.

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F. Bertolazzi

Il 18/01/2011 13.01, F. Bertolazzi ha scritto:

Ehm... scusa, ma non ti seguo. Ammetto la mia ignoranza riguardo la linea bilanciata (ignoranza che sto cercando di colmare proprio adesso cercando in giro...), ma comunque l'uso della trasmissione 4-20 mA per me è un requisito indispensabile, visto che i dispositivi a cui dovrò connettermi leggono questo tipo di segnale. Il problema può essere magari la linea digitale. Il cavo analogico e quello digitale corrono insieme, e la distanza da coprire potrebbe anche essere lunga. Non conoscendo (ancora) bene i protocolli ad un filo pensavo di sfruttarli in modo da risparmiare fili nel cavo...

Forse conviene usare una linea differenziale per la parte digitale?

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stinf

Il giorno Tue, 18 Jan 2011 12:32:51 +0100, stinf ha scritto:

In questo caso se vuoi essere più tranquillo optoisola solo la linea di trasmissione, evitando così anche problermi di accoppiamento capacitivo tra le zone con alimentazioni diverse..

-- ciao Stefano

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SB

Il giorno Tue, 18 Jan 2011 12:35:26 +0100, stinf ha scritto:

ok

Questo con riferimento alla parte alimentata in comune, se per esempio hai un PC dall'altra parte della linea, per evitare disturbi indotti dalla presenza del PC e dalla sua messa a terra ti conviene optoisolare a questo livello, come ti ho già scritto in un altro messaggio.

si

Si, perchè ridurresti la possibilità di trasmettere del rumore, ma se si tratta solo del rumore di un µC single chip i vantaggi sono solo ipotizzabili mentre l'aumento di costi è sicuro.

qualche

Puoi anche portare solo l'alternata e fare un alimentatore su ogni scheda, magari usando un trasformatore a più secondari per la massima separazione.

Molto probabilmente si tratta di precauzioni eccessive, se fai le cose per bene puoi mettere il tutto su un unico cs con una singola alimentazione..

-- ciao Stefano

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SB

stinf:

Cerca RS 422.

Certo, è uno standard che offre un'ottima immunità al rumore.

Esattamente. Per *quella* ti consiglio di usare una linea bilanciata.

O bilanciata. O RS422. E' la stessa identica cosa.

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F. Bertolazzi

SB:

Usando come ricevitore un fotoaccoppiatore con un LED in antiparallelo ed una resistenza da diciamo 220 ohm. Se vuole può mettere anche un diodo in serie al fotoaccoppiatore per compensare un po' le diverse Vf.

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F. Bertolazzi

Il 18/01/2011 16.19, F. Bertolazzi ha scritto:

Ah... "linea bilanciata" non l'avevo mai sentita... e cercando su wikipedia parla di linee analogiche... vabbè, quindi in sostanza mi suggerisci di usare una classica 422 (ma a questo punto anche una 485 potrebbe andare bene... visto che la uso molto in altri progetti...). Sicuramente ne terrò conto, anche perché immagino che i protocolli a un filo non possano coprire distanze troppo lunghe...

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stinf

Il 18/01/2011 16.18, SB ha scritto:

Grazie mille a entrambi

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stinf

stinf:

La differenza sta solo nella bidirezionalità e nel fatto che, per optoisolare la 485, hai bisogno di un'altra alimentazione indipendente, anzi, due.

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F. Bertolazzi
[...]

Detto cosi' non e' chiaro se la continuita' metallica tra le masse avvenga *solo* in quel punto oppure *in aggiunta* ..

-- M.

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maestrale1971

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