Puesta a tierra del sistema y del suministro mixto

Question

Estoy intentando crear un prototipo de este trazador de curvas ( http://www.vintage-radio.info/download.php?id=224 ) siguiendo principalmente el diseño original, pero modificándolo para adaptarlo a mis propias necesidades (conexión en serie al PC en lugar de al osciloscopio, etc). Ya he tenido problemas de conexión a tierra con circuitos de medición, así que pensé en compartir esto con la comunidad primero para evitar cualquier metedura de pata importante.

Aquí hay un diagrama de componentes de alto nivel que muestra mi plan hasta ahora (haga clic para ampliar).

Cada caja de componentes representa una placa de circuito potencial. Estoy planeando usar una combinación de stripboard y plano de cobre (Manhattan) para las placas. El diagrama es un poco desordenado, pero esencialmente hay un esfuerzo para separar lo analógico de lo digital, con suministros separados y una tierra en estrella. He tratado de seguir las mejores prácticas con respecto a la placa de señal mixta que contiene el ADC, pero no estoy seguro de que estoy allí todavía y tengo una pregunta específica (véase más adelante). El principal problema al que me enfrento es que algunos componentes, como el generador de pasos, utilizan suministros analógicos y digitales. El generador de pasos está compuesto por un generador de pulsos y un contador (ambos alimentados por la fuente digital de 5V) que alimentan un conjunto de transistores que tienen la fuente analógica a través de la unión CE.

Aquí hay un recorte del generador de pasos como referencia:

Así que mis preguntas son:

1) En lo que respecta a los componentes que utilizan suministros digitales y analógicos (como el generador de pasos), ¿cuál es la mejor práctica para la conexión a tierra? Parece difícil en este caso evitar que la señal TTL de 5V en la base del transistor contamine la alimentación analógica.

2) En cuanto a la tarjeta ADC de señal mixta. Después de haber investigado un poco, parece que el consejo es alimentar el ADC utilizando la alimentación analógica. Dado que el ADC requiere una alimentación de 5V, ¿significa esto que necesitaré otro regulador para crear 5V desde el raíl analógico de +12V?

Answer 1

Tener una sola tierra. Divida la placa en dominios (digital, analógico, quizá algo más) y coloque los componentes en consecuencia. Los que tengan varias alimentaciones estarán entonces en los límites entre dominios. De esta manera, ninguna corriente cruzará esos límites, por lo que no tendrá que separar las tierras. Compruebe qué suministros requerirán un plano separado (los que tienen muchas conexiones) otros pueden ser enrutados con trazas anchas en la parte superior o capas de señal.

Añade la red de chasis en el esquema de la placa, y puentea la tierra con condensadores a la misma. Dos condensadores (0,1uF y 10uF) cerca de cada tornillo. Así que con la caja metálica todos esos puntos serán muy silenciosos.

Mi impresión es que en términos de suministros su tabla es bastante común.

Answer 2

Bien, esto es sobre la ruptura del bucle de tierra con el optoacoplador. Espero que el esquema sea lo suficientemente claro. La recomendación es muy general por un lado y no cubre todos los sistemas por el otro.

Así que en esta imagen se pueden ver dos casos de un mismo sistema: tres dispositivos, el primero tiene alimentación y la proporciona a los otros dos. La tierra pasa por el cable con la alimentación y la señal. Además, el dispositivo más a la derecha envía una señal al dispositivo más a la izquierda, y la tierra también está ahí. La razón de esto es que para la integridad de la señal y el buen comportamiento de la EMI se necesita una vía de retorno a la señal. Es una discusión aparte sobre por qué lo necesitas, así que por ahora sólo confía en mí.

Lo que ocurre es que ahora hay dos vías de retorno de la corriente (verde y naranja) y es malo por muchas razones. La más sencilla es que el cable de abajo puede no estar dimensionado para la corriente de la fuente de alimentación y acaba fundiéndose. La razón más compleja, pero también más peligrosa, es la EMI: un sistema con dos vías de retorno emitirá EMI y sufrirá otras EMI (por ejemplo, una vez vi que el sistema se apagaba cuando el teléfono móvil sonaba).

Así que hay una manera de frenar este bucle de tierra: el aislamiento óptico (u otro). De este modo, las corrientes de alimentación sólo irán en una dirección. Mira el caso B: la señal se transfiere a través de una barrera, por lo que la información pasa, mientras que la corriente no. Ten en cuenta que la parte aislada requiere alimentación propia, y sigue viniendo con la corriente, pero en ese caso es sólo un camino de retorno.