La schermatura può, qual è la strada giusta?

Mi piace proteggere un mio circuito sensibile con uno scudo. Non ho un'immagine, ma fondamentalmente, ho messo un rettangolo rettificato di 1 mm di spessore sullo strato superiore e posizionerò lo scudo sopra di esso in modo tale da entrare in contatto con questa traccia di terra.

Ho delle preoccupazioni.

1. Sto creando un loop di massa facendo questo?
2. Se non uso lo scudo, sto creando un'antenna che rileverà rumore?
3. Qual è la pratica raccomandata per questo tipo di scudo?

In realtà, mi piace collegare lo scudo in un unico punto, ma una persona hardware che ha più esperienza insiste sul fatto che gli piace avere un terreno completamente rettangolare esposto, in modo che lo scudo possa toccare il terreno in ogni punto.

Aggiornare

Ecco una rappresentazione molto rudimentale.

AGGIORNAMENTO 2

Il rumore è all'uscita del nostro amplificatore (transimpedenza). Si tratta di circa 3-5 mV per un'amplificazione di 300.000. (Ho fatto errori nel primo layout e ora sto facendo una tavola migliore e l'obiettivo è ridurre il rumore del primo stadio a meno di 1 mV.)

Ho due LDO che prendono energia dalla batteria. Entrambi sono PSRR alti . Questa è una scheda a sei strati con il seguente stack up, S / G / S / G / P / S. Questo è un po 'insolito, ma nascondo segnali sensibili tra questi motivi. La scheda non deve necessariamente essere a sei strati, ma in seguito diventerà parte di un'altra scheda affollata, quindi i sei strati.

Le fonti di rumore sono in abbondanza:

• Alimentazione: lo mitigiamo con buoni LDO, filtraggio ( filtro pi ), condensatori di bypass, ecc. Finora, nel caso peggiore vedo ondulazioni di 1-2 mV sull'alimentazione; questa potrebbe anche essere la mia attrezzatura. (Non ho una buona attrezzatura, anche gli amplificatori hanno 50 + dB PSRR, quindi questo dovrebbe avere un impatto minimo sull'uscita.)

• Opamp noise: questo è il rumore intrinseco proveniente dall'amplificatore. Ho un opamp a basso rumore. .$3\ nV/\sqrt{Hz}$

• Fotodiodo: uso un grande fotodiodo, questo raccoglie il rumore, inevitabile.

• Altre fonti elettromagnetiche: abbiamo visto che la scheda è molto sensibile, il rumore aumenta in varie situazioni. Inoltre, gli schemi di riferimento di alcune fonti raccomandano di schermare le fonti di rumore esterno ridotte, quindi stiamo mettendo questa opzione di schermatura per testare la nostra scheda successiva.

AGGIORNAMENTO 3

• 3-5 mV esistono anche senza 10K e C1. Sostanzialmente nessun input per l'opamp. Questo mi fa pensare che il mio layout non sia perfetto.

Ecco gli schemi di base per l'amplificatore. Posso aggiungere altro se pensiamo che sia necessario.

Sono state osservate le seguenti regole:

• Completa due strati di terra collegati tramite più vie .
• L'alimentazione a 3,3 V (anche l'alimentazione per gli opamp) viene filtrata attraverso un condensatore al tantalio da 2,2 µF e la rete pi (roll over 100 kHz) prima dell'alimentazione al fotodiodo (cioè prima della resistenza da 10K). Abbiamo anche condensatori 1/100/10 nF vicini a 10K. (Non sono sicuro che sia un'ottima idea, ma è meglio essere al sicuro.)
• C1 blocca la DC (architettura accoppiata in CA), amplificiamo solo la CA.
• Opamp ha 1/100/10 nF in mandata e pin di polarizzazione (la polarizzazione è fornita dal secondo LDO).
• Il condensatore di feedback e la resistenza sono posizionati il ​​più vicino possibile all'opamp.
• Tutte le tracce del segnale tra i fotodiodi e gli opamp sono minimizzate; stiamo parlando del caso peggiore <2 cm.
• Tutti i segnali ritenuti critici sono posti tra due strati di terra.

Anche un'altra osservazione che spiega perché pensiamo alla schermatura: collego una resistenza al nostro generatore di funzioni e accendo, questo è tramite cavi di coccodrillo, (essenzialmente un'antenna ad anello), quindi sappiamo che si irradia alla frequenza che scegliamo. Riesco a vedere l'output di opamp che lo prende bene e lo amplifica. Quindi, è molto chiaro per me che entrano in gioco le fonti esterne, quindi l'intera discussione.

Quando sento per la prima volta qualcuno che vuole usare uno scudo, inizio dicendo che uno scudo è il primo rifugio dell'incompetente. Non è del tutto giusto in quanto vi sono usi legittimi per gli scudi, ma dà il tono alla discussione reale, che di solito riguarda le emissioni RF o la suscettibilità e, in definitiva, le cattive basi che causano il caos.

Uno scudo dovrebbe essere l'ultimo rifugio dei competenti. Gli scudi hanno anche significativi svantaggi, oltre all'ovvio problema di costi. L'incompetente crede nel mito che se racchiudi qualcosa in una scatola conduttiva, l'energia RF non può uscire o entrare. Non è assolutamente vero. Uno scudo può anche diventare un'antenna se non progettato correttamente.

Prima di poter parlare del tuo scudo, dobbiamo prima esaminare attentamente la tua strategia di base. Scudi e messa a terra si fondono strettamente. Spiega qual è esattamente il problema che pensi che lo scudo risolverà, come esattamente tutto è a terra, quali sono le fonti di rumore, ecc.

In generale, una buona messa a terra farà di più per ridurre le emissioni RF e la suscettibilità rispetto a uno schermo. Se la messa a terra viene eseguita correttamente, uno scudo può aggiungere un'attenuazione aggiuntiva delle emissioni. Se la messa a terra è sbagliata, lo scudo potrebbe diventare un'antenna e peggiorare le cose. Con una buona terra, in genere si desidera che lo schermo racchiuda il circuito con il minor numero possibile di piccoli fori, collegato alla terra del circuito principale esattamente in un punto .

Ancora una volta, raccontaci di più sul tuo circuito, layout e problema. Quindi possiamo discutere di più sullo scudo se è ancora appropriato.

Aggiunto dopo l'aggiornamento 2:

Sembra che la tua preoccupazione principale sia il rumore che entra nel tuo segnale analogico. Al momento si ha un rumore di 3-5 mV sull'uscita del primo amplificatore, ma si desidera ridurlo a 1 mV. Dici che questo è un amplificatore di transimpedenza, ma questo è contraddetto dal tuo guadagno di 300k, quindi non sappiamo ancora quale sia il tuo circuito.

Da dove proviene il segnale di ingresso? Come arriva all'ingresso dell'amplificatore? Qual è il suo riferimento e cosa hai fatto per assicurarti che questo riferimento sia pulito? Il vero problema è rendere questo primo stadio amplificatore il più silenzioso possibile. Dopodiché il segnale è di livello più alto e impedenza più bassa, quindi non sarà così sensibile. Quali sono le fonti di rumore esterne che arrivano al segnale di ingresso? Quanto rumore si ottiene dal primo stadio se si accorcia il suo input?

L'alta PSRR per amplificatori e regolatori di tensione è buona, ma tieni presente che si applica solo alle basse frequenze. Se si dispone di un circuito particolarmente sensibile, assegnargli un proprio regolatore lineare con gli ingressi di alimentazione a quel regolatore filtrati. Qualcosa di simile a un induttore di chip seguito da un grande condensatore ceramico per la messa a terra davanti al regolatore è generalmente buono. Forse anche due di questi in serie. Il punto è eliminare le alte frequenze sull'alimentazione in modo tale che l'elettronica attiva nel regolatore possa gestire il resto. Vorrei vedere i filtri decollare a 10 kHz o meno. Si desidera inoltre mantenere l'alimentazione dell'alimentazione non filtrata lontano dal segnale di ingresso per evitare la raccolta capacitiva. Le tracce di guardia possono aiutare.

Non mi piacciono i due strati di terreno. Due strati di terreno possono metterti nei guai a meno che non siano cuciti insieme regolarmente. Ancora una volta, stai pensando a scudo quando invece dovresti pensare attentamente alla messa a terra. Visualizza tutte le correnti di ritorno che scorrono e assicurati che i componenti ad alta frequenza non scorrano attraverso il piano di massa. Utilizzare i piani sotterranei locali in sezioni specifiche che producono rumore ad alta frequenza o sono sensibili a tale rumore. I condensatori di bypass immediati vanno alla rete di terra locale, che viene quindi collegata alla rete di terra globale in un solo posto.

Mostra il circuito del primo stadio amplificatore e spiega come sono effettivamente disposti tutti i motivi.

Aggiunto dopo l'aggiornamento 3:

3-5 mV esistono anche senza 10K e C1. Sostanzialmente nessun input per l'amplificatore operazionale. Questo mi fa pensare che il mio layout non sia perfetto.

Questo ti dice che il rumore non proviene dal fotorilevatore, quindi puoi dimenticartene per ora. Il rumore è sulla tensione di polarizzazione per l'ingresso positivo o è a terra.

Completa due strati di terra collegati tramite più vie.

Ancora una volta, non credo sia una buona idea per due motivi. Innanzitutto, questi due piani devono essere regolarmente cuciti insieme. Non è facile da fare come sembra. Secondo, sembra quindi che tu non abbia usato il sottosuolo per i sottosistemi critici. Parte del punto di questi sotto-motivi è isolare le correnti del circuito ad alta frequenza per tenerle lontane dalla terra principale. Collegando ogni sottosuolo alla terra principale in un solo posto, mantiene locali le correnti del circuito ad alta frequenza e impedisce al sottosistema di vedere tensioni di offset tra i diversi punti di massa a causa delle correnti sul piano di massa.

L'alimentazione a 3,3 V (anche quella per gli op-amp) viene filtrata attraverso un condensatore al tantalio da 2,2 µF e una rete pi (roll over 100 kHz) prima dell'alimentazione al fotodiodo (cioè prima della resistenza da 10K).

Ma tu non mostri nulla di tutto ciò. Un condensatore al tantalio avrà una risposta ad alta frequenza inferiore e un ESR più elevato rispetto a un condensatore ceramico. Non c'è davvero alcun motivo per usare un condensatore al tantalio con questa tensione e capacità. Inoltre, un condensatore di per sé non è molto buono senza una certa impedenza a lavorare contro. Citi una rete pi, ma nulla di tutto ciò è mostrato nello schema e parli solo di una singola capacità, quindi non si sommano.

Come ho già detto prima, 100 kHz è troppo alto. Come ho detto, mi piacerebbe vedere quel 10 kHz o meno.

Abbiamo anche condensatori 1/100/10 nF vicini a 10K.

Bene, ma ancora una volta, hanno bisogno di una certa impedenza per lavorare contro. Un induttore di chip di perline di ferrite in serie con l'alimentazione di alimentazione lo farebbe, come ho detto prima.

L'amplificatore operazionale ha 1/100/10 nF ai pin di alimentazione e polarizzazione

OK, ma ancora una volta, questi hanno bisogno di una certa impedenza per lavorare contro. Un induttore di chip in serie sarebbe di aiuto.

Inoltre, di nuovo, dove si collegano esattamente questi condensatori a terra? Sospetto che tu stia solo perforando i tuoi piani di terra. Ancora una volta, tutto ciò dovrebbe essere collegato a una rete di terra locale collegata al piano di terra principale in un unico punto.

Il condensatore di feedback e la resistenza sono posizionati il ​​più vicino possibile all'amplificatore operazionale.

Buona.

Tutte le tracce di segnale tra i fotodiodi e gli amplificatori operazionali sono minimizzate; stiamo parlando del caso peggiore <2 cm

Hai già dimostrato che questo non è da dove proviene il rumore.

Tutti i segnali ritenuti critici sono posti tra due strati di terra.

Ancora una volta, questo tipo di schermatura è utile solo se si dispone di un terreno pulito, cosa che penso non lo faccia. In caso contrario, tutto ciò che fa è aumentare l'accoppiamento capacitivo dal rumore sul terreno al segnale.