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[参考译文] AFE5818:接地分离

Guru**** 612015 points
Other Parts Discussed in Thread: AFE5818, AFE5804, VCA5807, ADS52J90
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/sensors-group/sensors/f/sensors-forum/662890/afe5818-ground-separations

器件型号:AFE5818
主题中讨论的其他器件: AFE5804VCA5807ADS52J90

我正在尝试充分了解 AFE5818数据表中图110 (第87页)所示的建议接地断开的含义。 在我描述我所关心的问题之前、我假设有一些可能不真实的事情、具体来说:

(1)内部存在2个裸片、一个包含图98 (第68页)方框图中所示项目的 VCA、以及一个包含图99 (第69页)中所示电路其余部分的 ADC 侧。 一段时间前有一篇 EDN 文章将其解释为 AFE5804 (www.edn.com/.../Diagnostic-ultrasound-gets-smaller-faster-and-more-useful)中的分区、因此我猜测整个系列中可能存在相同的分区。

(2)在 AAF 输出和 ADC 输入之间未执行隔离。

从器件的 VCA 侧的角度来看、这种中断是理想的、因为在数字接地层中循环的散列将与 FE 隔离、而这对于 CW 来说是强制性的。 但是、在这种中断情况下、模拟和数字平面之间的任何接地间电压都将在 ADC 输入端显示为共模电压。 在最坏的情况下、该电压可能达到几百 mV、并且频谱含量很高、很好地进入 UHF 区域。 未显示 ADC 的 CMRR 图、但我认为它可能与任何随着频率增加单调降低的运算放大器都很相似。 由于 AAF 位于 VCA 侧、因此无法在 ADC 之前移除上述奈奎斯特分量、因此由于混叠效应、问题变得更加复杂。

我缺少什么吗? 如有任何澄清,将不胜感激。

谢谢、

Roger Dixon

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    Roger、很高兴与您建立联系! 通过 TI 论坛、我一定了解您的顾虑。 分离 GND 是一项棘手的任务。 在某些情况下、单独的 GND 可能会使意外噪声降低三倍;而实心 GND 可能易于处理。  

    我们的 VCA 和 ADC 是完全独立的裸片。 每个芯片都有自己的电源和 GND。  主链路通过 VCA 输出和 ADC 输入以及 SPI 信号。  

    在正常的信号捕获操作中、编程后 SPI 进入空闲状态。  

    在 TGC 模式下,VCA 信号通过差分对传递到 ADC 侧。 我们没有观察到由于单独的 GND 而产生的额外噪声。   

    在 CW 模式下、ADC 应处于部分断电模式、带电信号为 ADC 时钟和 LVDS 信号、远高于 CW 工作频率。 我们希望这些噪声不会影响 CW 性能。 加 CW 块远离 VCA 输出。 它更接近 LNA 输入侧。  

    根据我们的观察结果、VCA 的输入引脚主要可以接收来自电源和 GND 的噪声、然后进行放大。 因此、我们精心设计了 EVM、以避免 GND、INP、INM、ACT 引脚下的电源层。  这意味着过孔不会穿过电源/GND 平面并拾取噪声。   

    当我们放置越来越多的通道时、通过变压器进行纯隔离是很困难的。 我们必须依赖 ADC 和 VCA 之间的差分耦合。  

    到目前为止、AFE5818解决方案已经过现场验证。  即使在通道数非常高的系统中、我们也没有看到对 CW 和 PW 性能的太大关注。  

    谢谢! 保持联系!

    小春

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    谢谢 Xiaochen、很高兴看到您还在 TI 工作。 您回答了我关于架构的基本问题、但我仍然需要知道 ADC 的 CMRR。 但是、您设置 EVM 的方式并不难测量。 因此、如果如图所示存在这种接地分离、则问题会转移到将接地间噪声水平保持在可容忍水平上、这反过来将基于该 CMRR 测量。 我猜这意味着系统单点接地需要靠近 AFE 芯片组、而不是更靠近电源的更常见位置。 最初、我们将其中的256个通道拆分为2块电路板、但由于这一原因、似乎有必要改用单个256通道 RX 电路板。 此外、还需要特别注意数字电源路径中的滤波、以使这些线路上的开关活动衰减回单点接地。

    我理解隔离 ADC 输入的困难、但从长远来看、与使用单独 TGC 和 ADC 芯片的高端系统相比、这似乎无法避免、因为这些芯片允许在它们之间进行隔离。 在您的案例中、将 AAF 输出和 ADC 输入引入引脚将实现这一目标、但引脚数会高得多。

    顺便说一下、我注意到射频输入周围的模拟接地层空洞、并认为它可能是复制/粘贴类型的错误。 这适用于电源、但连接到这些输入的超声波信号以接地层为基准、因此您不想在其中放置空隙。

    再次感谢!
    Roger
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    Roger、

    施加50mVpp 5MHz 音调时、ADC CMRR 约为-40dB。 您可以参阅 ADS52J90数据表。 这是 AFE5818系列中使用的 ADC。 如果高端系统更喜欢单独的 VCA 和 ADC 架构、则可以考虑使用 VCA5807

    www.ti.com/.../Ads52j90
    www.ti.com/.../VCA5807

    输入 INP 引脚 GND 平面上的岛主要是为了避免过孔噪声拾取。 布线在岛之前和之后仍然具有 GND 平面。 INP 引脚通常位于顶层、没有通孔。 因此岛上不会对输入信号产生太大的影响。

    谢谢!

    小春
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    感谢 Xiaochen、我看到这个 ADC 确实在图32中有一个 CMRR 图、并且在高频时比我想象的要好得多、例如-40 dB 抑制保持在60 MHz。 您可能需要考虑将其包含在 AFE5818数据表中、因为这是一个关键问题。 不过、我的偏置会倾向于您的2芯片选项、因为隔离2似乎比尝试控制接地间散列更容易。 这主要是一个电路密度的问题;在大多数情况下、性能和密度之间存在不幸的权衡。

    Roger