Anonymous
Anonymous asked in 電腦與網際網路硬體其他:硬體 · 8 years ago

ADC轉換IC干擾之解決方法

在PC電腦上製作一片ADC(類比轉數位)介面卡,ADC IC 因只使用+5V電源,因此直接使用插槽+5V電源,當ADC IC 類比輸入端短路接地時,數位輸出值有很大跳動,無法接近0,

是否應該使用 DC-DC CONVERTER產生新的+5V電源來使用(地線還是在一起)? 可否推薦有隔離效果的 DC-DC CONVERTER,或其他方法降低已製成之介面卡雜訊。

5 Answers

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  • Lv 4
    8 years ago
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    * 不知輸出有很大的跳動, 究竟有多大 ?

    * ADC是幾bit的ADC ?

    * 數位介面卡是layout洗板所製作的, 還是用手焊拉線的 ?

    * 板材是幾層板 ?

    * 介面卡上還有哪些重要的功能 ?

    * 是否對介面卡上的數位電路有分割VCC/ground plane ?

    * 是如何處理5V的濾波電路 ?

    2011-09-17 22:29:03 補充:

    10mV的雜訊, 對8bit的轉換還好, 16 bit則是偏高 ~

    板子如果已經洗好, 那就比較麻煩, 否則通常會建議這種電路採四層板, 將DGND / AGND切開, DGND上方只走數位線路, AGND亦同, 然後在靠slot處再短路, VCCA/VCCD也應該分開, 至少中間留個bead的位置, 到時候依情況做fine tune, 各個元件應有的擺位要正確, ..., 基本上這些在大多數ADC的application note應該都會提到. (不過一些細節還是case by case)

    只是現在板子已洗好, 或許先就現況來處理 ... 明日待續

    2011-09-18 22:35:19 補充:

    先找一部示波器, 地線夾在一個最靠近slot的TP點, 若要焊引線出來夾, 越短越好. 從5V的源頭開始量測, 逐步往ADC的5VA走, 除了看DC檔, 務必再用AC檔看, 把scale放大, 這樣大略可以找出來, 從電源來的雜訊種類/頻率/振幅等參數. 如果, ADC的5VA的ripple已超過ADC spec所列, 那就先從這裡處理 : 電源先加電解電容, 47/100/220u... ? 施加點靠近電源到插卡的入口方便處, 試試看不同容值看是否能消除5VA的ripple, 或能改善多少 ? 如果方便將5VA(analog)和5VD(digital)切開是最好的, 中間是否加上bead或是電感+電容形成的Pi型濾波器, 先沒有定論, 因為這牽涉到干擾來源不同, 是否有效還有待確認... 如果切開後, 兩者先用0 ohm電阻橋接, 靠ADC端可加鉭質+0.1u電容加強, 不過, 同樣因不確認干擾源, 但先加加看吧. 如果在以上的施作後, 電源仍不穩, 檢查是否5VA/5VD仍有其它不當的連接, 也可試著在較遠處補強5V的穩定, 簡單說, 增加電解電容讓他們平均散布在板材上, 實際上或不必如此, 會找出特定點來加, 否則都是成本. 其次用示波器檢查AGND, 雖說AGND與DGND都是相連, 但實務上受到許多因素, 特別是引線或PCB trace的ESR/ESL影響, AGND會有浮動, 一旦AGND不穩, 轉換出來的值就會有誤差, 當然DGND也會漂, 但影響相對小. 一般的建議是星狀接地, 即AGND/DGND如星芒的一般, 僅在源頭相連, 量測AGND與前述量5VA的方法一樣, 要看DC與AC檔, 我比較擔心的是, AGND的電流是先通過DGND plane, 再下至slot,(形成樹狀接地) 而當ADC在輸出資料時, 因為不斷地在sink/source電流, 造成DGND會有較大電流的進出, 若是DGND不夠solid, 那麼DGND肯定是大幅升降, 就算夠solid, 如果正好處於AGND的路徑上, 也會造成程度不一的影響. 板子雖已洗好, 但雙層板可以考慮把AGND/DGND切開, 但如何切 ? 還是要看ADC型號, 依其datasheet, 不同的ADC有不同的設計, 常見是從ADC正下方切開, 然後再將此AGND用粗線直接跳接至靠slot的點, 注意跳線夠粗且最好能與VCC形成較小之迴路. (這部份我也不是太篤定, 畢竟從沒看過您的PCB, 就像連體嬰直覺就是要把他們切開, 但沒實際診斷又有誰能鐵口直斷 ?)擺位(placement)是非常重要的, 但在板子都layout好後這是完全沒辦法動, 所以現在要看的是信號源, 不知您提到源頭接地是在哪處接地 ? 板卡的接頭還是ADC的pin腳 ? 如果是接頭處, 也有些機會是在信號線從接頭到ADC這段受干擾, 需看過板子才知道, 這段受干擾, 處理方式通常要改layout, 例如trace下方鋪AGND, 旁邊加AGND的guard band等ADC是否有Vref輸入, 請確保這個電壓同樣穩定 !絕大多數的ADC都有建議線路與建議layout, 確認所有元件沒有錯誤 !

    至於bead, 以前我的作法都是拿整本的bead, 看需要的規格直接挑, 在較封閉的系統, 雜訊好控制, 配合示波器的使用, 不難選擇, 另外若在EMI實驗室遇到問題, 也有明確的數據可以參考 (哪個頻率過不了), 但在PC上是否相同 ? 不是那麼確定, 建議暫時還不必用到這個策略 ... 必要時再來討論這點.

    2011-09-19 23:19:25 補充:

    恭喜 !

    有可能的話,還是建議版主使用儀器先協助判定 5V的干擾究竟呈現何種樣式, 再對症下藥, 這樣有助於未來debug功力的提升 ~

    2011-09-22 23:15:32 補充:

    抱歉, 沒注意到此留言 ...

    絞線有助於減少current loop, 避免capture 外部發射的雜訊, (天線效應), 但除非是差動信號(differential pairs), 否則對於一般的電磁感應效果不見得好, 屏蔽(shielding)是建議的, 但shield要接地, 只是要如何接與實務上有關, 簡單說, 有時會越接越慘 ! 所以可否提供你AD信號的來源為何 ?

    另外阻抗的匹配很重要, 這要check您用的ADC的app note, 包括終端電阻, 耦合電容容值與位置, 有無做guard band (信號到板子上後旁邊包AGND)

    若還有問題請用知識+的寄信功能

    Source(s): me
  • 8 years ago

    謝謝,

    使用16 BIT SAR ADC,+/- 64 左右數字跳動 (輸入短路接地)。

    介面卡是用洗板製作的,使用雙層板。

    其他功能有I/O及脈波輸出 (測試時都使他們無工作)。

    目前VCC GND 都並聯,準備嚐試使用 78L05 從插槽+12V轉+5V給類比IC使用,

    希望能改善一點。

    +5V是由西華POWER (有功因校正 乾淨能源) 網路買的: http://www.pcstore.com.tw/icutelife/M01400366.htm

    目前只有在所有IC旁加上0.1U積層電容。

    2011-09-18 15:11:43 補充:

    謝謝大大指點,未來將對各種方法進行試驗並記錄改善結果,現在綜合已知方法:

    1. 類比電源+5V改由插槽+12V 經 78L05轉換+5V來使用,不與數位IC共用。

    2. 類比IC 追加陶瓷電容 104 及鉭質電容 10uF試試。

    3. 加 bead。

    加 bead 不知是VCC 處,還是GND處,還是兩個地方都加?

    bead 規格是多少? 因沒有經驗不會選,有無網站可選購規格,光華商場不知有沒有賣?

    未來需要去買些零件做試驗,希望能降低一點就好 (板子已經洗好,不敢指望降太多)。

    2011-09-19 12:56:26 補充:

    謝謝大大指點,都是很棒的實戰經驗。

    試驗有些結果:

    1. 原始跳動 -37 ~ +38

    2. +5V加些陶瓷電容 104 及鉭質電容 10uF,-42 ~ 52 哇! 更差。(原為基層0.1 + 電解2.2u)。

    3. +5V加些積層電容0.1 及鉭質電容 10uF,-42 ~52 一樣。

    4. 您也有提到之數位類比電源分開,78L05用上去,降為 -1 ~ 5。

    5. 身邊沒有bead,因此沒法對比試驗。

    零點 -1 ~ 5 跳動 (有電壓輸入時,跳動也會增加),可以接受了,

    謝謝您的指導!

    2011-09-20 08:53:57 補充:

    謝謝 文大一路指導,

    因屬玩票性質,自己沒費用購買儀器,沒有示波器,只能從理論與換零件實做試試!

    零點干擾解決了,增加輸入電壓又產生另一問題:

    PC內之16 Bit AD介面卡,在AD外部輸入接頭將輸入端短路,可得到 -1~5 跳動數值 (理想值=0),可以接受此誤差,頂多最後幾個 Bit 犧牲不要。

    將短路線拆除,換上 20 公分雙绞線 (AD輸入與GND),測量 0.45V 又發現數值有 -8 ~ 39 的跳動範圍。

    請問大家 AD 輸入電線是有何較佳選用方法,需要使用包覆隔離線嗎? 還是特殊阻抗線材?才可排除此約 十幾 mV 干擾。

    (輸入端短路時只有1.多mV干擾)

    2011-09-23 09:43:23 補充:

    謝謝 文大 解說,明白兩者對付不同干擾來源,試驗即可解決,再次感謝!

  • Anonymous
    5 years ago

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  • Anonymous
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