¿Cómo desacoplo los planos de tierra?

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He diseñado y construido un circuito controlador de motor. El circuito tiene un microcontrolador en el que recibe comandos de una PC usando un FT232R. Actualmente, el FT232R se alimenta con el suministro de + 5V de la placa. Esta fuente de + 5V se genera mediante un regulador que convierte la entrada de alimentación de + 24V a la placa. La entrada de +24 V también alimenta el puente H que acciona el motor.

Todo funciona bien, excepto cuando no lo hace, a veces, mientras se detiene y comienza con frecuencia bajo una carga pesada, las pantallas azules de la PC. Creo que esto tiene algo que ver con el aumento del nivel del suelo debido a una gran carga en el motor, que no le gusta mucho al extremo USB de la PC.

Mi solución es cambiar primero a la alimentación del bus USB (lo único que necesita para ejecutar es el FT232R) para eliminar cualquier fluctuación en el suministro.

También quiero proteger la conexión a tierra del USB de la conexión a tierra de la placa principal, sin embargo, aún deben estar vinculados. Estaba pensando en usar un inductor para conectar los planos de potencia para evitar picos en la acción de inicio y parada.

¿Es esta una buena idea o hay un método mejor?

Tengo tapas de desacoplamiento (1u y 100u) tanto en la entrada de alimentación como regulada en + 5V, así como 10n y 10u en los circuitos integrados principales y 10n y 100n en circuitos integrados más pequeños. La pregunta es cómo conectar un plano de potencia ruidoso a uno silencioso sin hacer que el plano silencioso sea ruidoso.

    
pregunta Tim Mottram

4 respuestas

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Le sugiero encarecidamente que debe aislar completamente la conexión a tierra de su FT232 de la etapa de potencia, antes de destruir el puerto USB al que está conectado. No debe haber absolutamente ninguna conexión a tierra (u otra) entre los circuitos de alta potencia y su control IO; no pegue inductancias aleatorias ya que es probable que empeoren las cosas mejor que mejor.

Las conexiones más lentas y simples de su diseño (es decir, el lugar más fácil para hacer una separación) son probablemente las líneas seriales entre MCU y FT232, así que coloque optoaislantes. Alimente el FT232 desde el puerto USB y la MCU desde su propio regulador.

Mejor aún, considere aislar la MCU de la etapa de potencia, por ejemplo. utilizando un convertidor DC-DC aislado de 24V-5V para alimentar la MCU. Los optoaisladores podrían funcionar para las señales de control del motor en función de las frecuencias con las que esté tratando; de lo contrario, puede utilizar otros aisladores galvánicos más rápidos.

Si su MCU está aislada de la etapa de potencia, ya no necesita aislar el FT232 de la MCU.

    
respondido por el William Brodie-Tyrrell
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Lo primero que debe hacer es mirar seriamente el diseño de la placa y el esquema para los bucles de conexión a tierra y los acoplamientos de tierra inadecuados, como parece saber. Tú, porque no publicas nada para que te ayudemos a ese respecto.

Una cosa que no debes hacer es poner al azar inductancias allí, ya que el otro noventa de "es 10/90 si eso accidentalmente ayuda en algo, por pura y absoluta coincidencia" es que todo es increíblemente peor.

Lo que la mayoría de la gente hace cuando alimenta dispositivos de alto voltaje y alta corriente y pistas lógicas sensibles desde la misma potencia se denomina "tierra de estrella" y "potencia de estrella", donde todas las pistas de potencia se unen solo en un punto, lo que permite su desacoplamiento individual atrapar la mayor parte de los picos de poder. Luego sigue la necesidad de cálculos de desacoplamiento adecuados, en lugar de "Pongo x e y en todo" lo que necesitas "Calculé que la corriente de pico aquí será esto, por lo que necesito una capacitancia de Y con una ESR de X (y posiblemente una inductancia total máxima de Z) para que las líneas eléctricas permanezcan dentro de la especificación del sistema en su conjunto "y luego aplíquelas con el tipo y número de mayúsculas que luego implica.

Por lo general, un primer disparo para picos de motor de alta corriente es calcular la capacitancia y luego hacer que el ESR sea tan bajo como su presupuesto le permita a través de todas, o la mayoría de las frecuencias en pasos de una década: si necesita 120uF, ponga un 100uF, un 10uF, un 10uF, un 1uF y un 100nF en paralelo, donde normalmente optaría por cerámica para todos a 1uF o por debajo. Luego tachas o combinas aquellas que no sientes que tienen sentido. En este caso podría hacerlo 100uF, 22uF, 1uF. Luego encontrará las mejores opciones para aquellos valores que están dentro del presupuesto financiero.

Una forma fácil de forzar un terreno estelar es usar lo que 'the biz' llama elementos "Net-Tie". Básicamente, una parte que es solo un trozo de cable muy iluminado en el esquema, pero en la placa es un elemento de dos pines de un tamaño de pista específico. Un pin se conecta a la entrada de la fuente de alimentación y el otro a la tierra y / o suministro del dominio de energía. Por ejemplo, haría un elemento Net-Tie de 8mil para su lógica de baja potencia y un elemento Net-Tie de 40mil para su poder y los colocaría uno junto al otro en el enchufe de alimentación. O póngalos uno frente al otro con el enchufe de alimentación en medio.

De esta manera, Design Tule Checks marcará cualquier "intimidad inapropiada" de sus circuitos en tierra.

Una cosa muy importante a tener en cuenta, cuando se utiliza un terreno estelar, es que la E / S digital que controla sus motores necesita una planificación y atención cuidadosas. Si los arrastra a través de una brecha en su sistema de conexión a tierra, las corrientes de retorno deberán ir en un bucle a través de su conexión en estrella y posiblemente experimentar inductancia, resistencia o sensibilidad al ruido no deseadas. Si tiene un montón de estos, un elemento separador (optoacoplador o cualquiera de los cientos de chips de barrera capacitiva de muchos canales) suele ser una buena opción para evitar la mayor cantidad de ruido posible. También puede optar por hacer la unión en dominios de manera que pueda enrutar un solo bus SPI a través de él, en tiempos desesperados, pero es notablemente inferior a la separación adecuada de tierra y señal en los casos de ruido de motor acoplado y tal.

    
respondido por el Asmyldof
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La conexión a tierra en un circuito es muy importante, por eso esta es una gran pregunta. No puedo ser un experto en diseño de circuitos, pero he aprendido que separar la señal y la conexión a tierra es muy importante, y es prácticamente un problema de diseño físico en lugar de agregar componentes adicionales.

Aísle físicamente el circuito de comunicaciones digitales del circuito de conmutación de alimentación y, en realidad, tenga sus conexiones a tierra también separadas, de modo que cada circuito se encuentre sobre sus conexiones individuales, luego se unen a las instalaciones mediante una única pista delgada.

Un ejemplo podría ser que cada parte (señal y potencia) ocupe los lados opuestos de la PCB y una única pista que une los 2 planos de tierra.

Espero que esto te guíe por el camino correcto (juego de palabras destinado :)), y que aparezca un diseñador con más experiencia.

    
respondido por el crowie
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Es posible que desee probar un USB Isolator como este antes de su pantalla azul se convierte en una pantalla negra permanente.

    
respondido por el ChrisR

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