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[参考译文] 增加了隔离时的 A/D 噪声

Guru**** 2387060 points
Other Parts Discussed in Thread: SN6501, MSP430F1222, RC4580, SN74AHC1G04
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/isolation-group/isolation/f/isolation-forum/896866/increased-a-d-noise-when-isolated

主题中讨论的其他器件:SN6501MSP430F1222RC4580SN74AHC1G04

尊敬的论坛成员:

我在使用 USB 连接的数据采集电路上工作、尽管存在隔离、但我仍然会遇到高噪声水平。 请参阅随附的图片、其中显示了布局。

隔离器是电容式 SPI 类型(非 TI 器件)、当然、电源也是隔离式的、并通过 SN6501振荡器 IC 和 Würth Ω 小型铁氧体变压器组合实现。

电路的两个部分都使用接地平面。

数据转换基于 MSP430F1222器件。 MCU 还生成对称方波作为测试信号(在控制模式下使用定时器_A 模块、在切换模式下使用输出单元)。

如果输入连接到 GND、则高噪声电平仍然存在。

如果我触摸隔离式模拟 GND (图片上的 A 侧)或连接两个接地层、则可以大幅降低噪声、从而消除隔离(即使使用了一些 nF 电容器)。

SPI CLK 在2、5MHz 上运行。

如果我不知道根本原因,您能不能给出一些建议。

提前感谢!

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    您好、Joseph、

    为了能够确定哪个设备负责该问题、您能否详细说明该问题?

    1. 您在哪里可以看到噪声? 电压是多少? 仅在 ADC 输出端? 在您通过 USB 进行读取之后、PCB 中的电流是多少?
    2. 您能否共享良好和不良信号的任何波形?
    3. 您馈入 ADC 的信号是什么类型?

    请务必尽可能多地共享信息、以便问题能够快速根本地引起、谢谢。

    此致、
    Koteshwar Rao

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    您好、Rao、

    感谢您的回答。

    1:ADC 输入和读出 USB 数据存在噪声。

    2.很遗憾我可以在下周发送波形(目前电路不在我所在的位置)。

    正如我提到过的、MSP 也有一个(测试)信号输出(TA2)(由 TIMER_A 生成-用作 NCO)、但类似地、如果输入只连接到 AGND (与 USB 的 DGND 隔离)、则会产生噪声

    我会对电容隔离的性能有疑问:

    它在共模噪声方面是否与电感隔离或光隔离效果相同? 因为参考数字信号转换(高频成分!) 隔离片上氧化物电容器(~1pF)仅具有有限的阻抗(不像电感/光耦合器那样无限)。

    此致、

    Joseph

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    您好、Joseph、

    感谢您的参与。

    1. 如果在 ADC 输入端和读出 USB 数据端观察到噪声、则它看起来不是隔离器问题。
      1. 如果您可以共享隔离器器件型号、我建议您使用等效或更好的 TI 器件型号、您也可以进行测试和检查。
    2. 当然、您可以在下周获得波形时分享它们。
    3. 明白。

    对于 TI 隔离器、隔离电容器深入器件内部、在输入之前还有许多其他电路。 器件中存在的隔离电容器对外部信号输入透明。 隔离电容器主要决定隔离器的高电压性能以及其他一些 HV EMC 测试。 在您的应用中、您似乎没有任何高电压瞬态会影响隔离栅。

    由于这个问题看起来不是隔离器问题、我将让 MSP430团队对您作出回应。 谢谢。

    此致、
    Koteshwar Rao

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    您好、Rao、

    您可能有这样的权利:

    该问题不应由隔离器引起(因为两个接地端之间没有 HV 信号): 当我用一根导线接触电源变压器分段绕组或 SPI (尤其是 SCK)信号之一时、噪声会急剧增加。 首先、我尝试使用 RC 缓冲器(200pF+2KOhm)对 SN6501电路进行补充、但没有效果(或仅否定)。

    请注意、前置放大器具有高阻抗(n*100k Ω)信号路径、使用坚固的接地平面。 这似乎是板载 EMI 问题。  遗憾的是、铁氧体磁珠在高于10.0.30MHz 时开始有效(我的 SPI 在2MHz 和 SN6501类似范围上运行)。

    波形:未接触 GND:

    接触 GND:

    友好的门卫

    Joseph

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    您好、Joseph、

    是否可以共享您的 PCB 设计? 您可以在 CAD 工具中截取图层的屏幕截图、也可以在 CAD 工具中生成输出光绘文件(或光绘文件的 pdf 版本)。

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    尊敬的 Dennis:

    感谢您的回复、我提供了一个布局:左上角的 IC9是作为测试信号输出的分频器 HC4518。 注意、

    最近、我使用一个从 TA2流出 MSP430而不是 ALCK 流出的 SN74AHC1G04、而不是 IC9 (我移除了它)。 IC8是双路 OPA (RC4580)、充当有源衰减器+电平转换器、IC6是模拟8-1 MUX (用于衰减设置)。

    Regads、

    Joseph

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    您好、Joseph、

    当您进行两次示波器捕获时、您在哪里连接了探头的接地引线、探头上的接地线有多长?

    接下来、在第一张显示方波噪声的图片中、如果您重新编程 MSP 以保持在 LPM3模式(没有 CPU 或时钟运行)、那么探测这一点时、您是否会看到噪声、如果是、接触接地层会产生什么影响?

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    尊敬的 Dennis:

    这些图形不是由示波器获取的、而是基于通过 USB (HID)读取样本生成的波形。

    但是、我还通过实际示波器检查 ADC 输入、我看到类似的噪声输入信号(示波器参考 GND 是 MSP 接地层)。

    最好进入 LPM3模式! 我只能在下周回来做这个实验。

    请 Würth、当我触摸 SPI 线路(用手指或一根线子)、特别是 SN6501电路(Δ I 变压器初级)时、噪声会大幅增加。 我想问、为什么在传统的反激式转换器中、对于6501、R-C 缓冲器不需要再填(数据表中未进行修改)?

    还应注意的是、模拟输入具有高阻抗(1MOhm):输入信号通过1MOhm 电阻转换为电流、尽管如此、它可能易受拾取高频信号/谐波的影响

    实心接地层的预感...但是、我排除了 USB D+/D-线路、因为当我在通信下触摸它们时、噪声不会增加。

    此致、

    Joseph