屏蔽可以,什么是正确的方法?

电器工程 屏蔽
2022-01-10 18:23:16

我喜欢用屏蔽保护我的敏感电路。我没有图片,但基本上,我在顶层放置了一个 1 毫米厚的接地矩形,我将在上面放置屏蔽层,使其与接地迹线接触。

我有些担心。

  1. 我这样做是不是创建了一个接地回路?
  2. 如果我不使用屏蔽,我是否制作了会拾取噪音的天线?
  3. 这种防护罩的推荐做法是什么?

其实我喜欢单点接屏蔽,但是有经验的硬件人坚持他喜欢暴露一个完整的矩形接地,这样屏蔽可以在每个点都接触到地面。

更新

在此处输入图像描述

这是一个非常基本的表示。

更新 2

噪声位于我们放大器的输出端(跨阻)。对于 300,000 的放大倍数,约为 3-5 mV。(我在第一个布局中犯了错误,现在正在做一个更好的电路板,目标是将第一级噪声降低到 1 mV 以下。)

我有两个从电池获取能量的LDO它们都是高PSRR这是一个六层板,具有以下堆叠,S/G/S/G/P/S。这有点不寻常,但我在这些接地之间隐藏了敏感信号。板子不需要是六层的,但这稍后将成为另一个拥挤板的一部分,因此是六层。

噪声源丰富:

  • 电源:我们通过良好的 LDO、滤波(pi 滤波器)、旁路电容器等来缓解这种情况。到目前为止,在最坏的情况下,我看到 1-2 mV 的电源纹波;这甚至可能是我的设备。(我没有好的设备,放大器也有 50+dB PSRR,所以这对输出的影响应该很小。)

  • 运算放大器噪声:这是来自放大器的固有噪声。我有一个低噪声运算放大器。\$3\ nV/\sqrt{Hz}\$.

  • 光电二极管:我使用大光电二极管,这会产生噪音,这是不可避免的。

  • 其他电磁源:我们已经看到电路板非常敏感,在各种情况下噪音都会上升。此外,某些来源的参考原理图建议屏蔽减少外部噪声源,因此我们正在使用此屏蔽选项来测试我们的下一块电路板。

更新 3

  • 即使没有 10K 和 C1,也存在 3-5 mV。基本上没有输入到运算放大器。这让我觉得我的布局并不完美。

这是放大器的基本原理图。如果我们认为有必要,我可以添加更多。

原理图

已遵守以下规则:

  • 完成通过几个过连接的两个接地层。
  • 3.3 V 电源(也是运算放大器的电源)在向光电二极管(即 10K 电阻器之前)供电之前通过 2.2 µF 钽电容器和 pi 网络(100 kHz 翻转)进行滤波。我们还有接近 10K 的 1/100/10 nF 电容器。(我不确定这是个好主意,但最好是安全的。)
  • C1 阻断直流(交流耦合架构),我们只放大交流。
  • 运算放大器在电源和偏置引脚上具有 1/100/10 nF(偏置由第二个 LDO 提供)。
  • 反馈电容和电阻尽可能靠近运算放大器放置。
  • 光电二极管和运算放大器之间的所有信号走线都被最小化;我们说的是 <2 厘米最坏的情况。
  • 所有重要的认定信号都放置在两个接地层之间。

另一个解释为什么我们考虑屏蔽的观察:我将一个电阻器连接到我们的函数发生器并打开,这是通过鳄鱼电缆(本质上是一个环形天线)所以我们知道它以我们选择的频率辐射。我可以看到运算放大器的输出很好地拾取并放大。因此,我很清楚外部消息来源的作用,因此整个讨论。

1个回答

当我第一次听到有人想要使用盾牌时,我首先会说盾牌是无能者的第一个避难所。这并不完全公平,因为屏蔽有合法用途,但它为真正的讨论定下了基调,这通常是关于射频发射或敏感性,最终是关于导致混乱的不良接地。

盾牌应该是主管的最后避难所。除了明显的成本问题之外,盾牌也有明显的缺点。不称职的人相信如果你把东西放在一个导电盒子里,射频能量就不能出去或进来。这绝对不是真的。如果设计不当,屏蔽也可以成为天线。

在我们谈论你的盾牌之前,我们首先必须仔细检查你的接地策略。屏蔽和接地紧密结合在一起。解释你认为屏蔽会解决什么问题,所有东西到底是如何接地的,噪声源是什么等。

一般来说,良好的接地比屏蔽更能减少射频辐射和敏感性。如果接地正确,屏蔽可以增加一些额外的辐射衰减。如果接地不当,屏蔽可能会变成天线并使情况变得更糟。有了良好的接地,您通常希望用尽可能少的小孔包围电路的屏蔽层,并在一个地方准确地连接到主电路接地。

再次告诉我们有关您的电路、布局和问题的更多信息。然后,如果它仍然合适,我们可以讨论更多关于盾牌的信息。

更新 2 后添加:

听起来您主要关心的是模拟信号上的噪声。您目前在第一个放大器的输出上有 3-5 mV 噪声,但您希望将其降至 1 mV。你说这是一个跨阻放大器,但这与你的 300k 增益相矛盾,所以我们仍然不知道你的电路到底是什么。

输入信号从何而来?它是如何到达放大器输入端的?它的参考是什么,你做了什么来确保这个参考是干净的?真正的问题是使第一个放大器级尽可能低噪声。之后信号电平更高,阻抗更低,因此不会那么敏感。进入输入信号的外部噪声源是什么?如果你把它的输入短路,你会从第一级得到多少噪音?

放大器和稳压器的高PSRR是好的,但请记住,这只适用于低频。如果您有一个特别敏感的电路,请给它自己的线性稳压器,并过滤该稳压器的电源输入。片式电感器后跟一个大型陶瓷电容器在稳压器前接地通常是好的。甚至可能是其中两个系列。关键是要消除电源馈电中的高频,以便调节器中的有源电子设备可以处理其余部分。我希望看到滤波器在 10 kHz 或更低频率下滚降。您还希望使未经滤波的电源馈源远离输入信号,以避免电容拾取。保护痕迹可以提供帮助。

我不喜欢这两个地面层。除非定期将它们缝合在一起,否则两个地面层会给您带来麻烦。同样,您正在考虑屏蔽,而您应该仔细考虑接地。可视化所有流过的返回电流,并确保高频分量不会流过接地层。在产生高频噪声或对此类噪声敏感的特定部分下使用局部次接地层。直接旁路电容器连接到本地接地网络,然后仅在一个地方连接到全局接地网络。

展示第一级放大器的电路,并解释所有接地的实际布局。

更新 3 后添加:

即使没有 10K 和 C1,也存在 3-5 mV。运算放大器基本上没有输入。这让我觉得我的布局并不完美。

这告诉你噪音不是来自光电探测器,所以你现在可以忘记这一点。噪声要么在正输入的偏置电压上,要么在地。

完成通过多个过孔连接的两个接地层。

同样,我认为这不是一个好主意,原因有两个。首先,这两个平面需要定期缝合在一起。这并不像听起来那么容易做到正确。其次,听起来您因此没有将地下用于关键子系统。这些子接地的部分目的是隔离高频环路电流,以使其远离主接地。通过将每个子接地仅在一个位置连接到主接地,它可以将高频环路电流保持在本地,并防止子系统由于接地平面上的电流而在不同接地点之间看到偏移电压。

3.3 V 电源(也是运算放大器的电源)在向光电二极管供电之前(即在 10K 电阻之前)通过 2.2 µF 钽电容器和 pi 网络(100 kHz 翻转)进行滤波。

但你没有表现出任何这些。与陶瓷电容相比,钽电容的高频响应较差,ESR较高。在这种电压和电容下,根本没有理由使用钽电容。此外,如果没有一些阻抗可以对抗,电容器本身并不是很好。你提到了一个 pi 网络,但原理图中没有显示这些,你只谈论一个电容,所以这并没有加起来。

正如我之前所说,100 kHz 太高了。正如我所说,我希望看到 10 kHz 或更少。

我们还有接近 10K 的 1/100/10 nF 电容器。

很好,但同样,他们需要一些阻抗来对抗。正如我之前所说,与电源串联的铁氧体磁珠片式电感器可以做到这一点。

运算放大器在电源和偏置引脚上具有 1/100/10 nF

好的,但是再一次,这些需要一些阻抗来对抗。串联的片式电感器会有所帮助。

另外,这些电容器到底在哪里接地?我怀疑你只是冲到你的地平面上。同样,这都应该连接到本地接地网络,该接地网络在单点连接到主接地平面。

反馈电容和电阻尽可能靠近运算放大器放置。

好的。

光电二极管和运算放大器之间的所有信号走线都被最小化;我们说的是 <2 cm 最坏的情况

您已经表明这不是噪音的来源。

所有关键的认定信号都放置在两个接地层之间。

同样,这种屏蔽只有在你有干净的地面时才有用,我认为你没有。如果您不这样做,那么所有这些都会增加从地面噪声到您的信号的电容耦合。