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    Wie Sie einen Sternpunkt für analoge und digitale Masseverbindungen verwenden

    Altium Designer
    |  June 25, 2018

    Weltraum-Hintergrund

    Ich habe festgestellt, dass es in puncto Dating für mich am schwierigsten ist, überhaupt erst Menschen kennenzulernen. Als Ingenieur verbringe ich einen großen Teil meines Lebens vor dem Computer und komme entsprechend eher selten unter Leute. Das ist ein Grund, warum ich Webseiten und Apps für das Online-Dating als eine tolle Sache betrachte. Durch sie kann ich Verbindungen und Beziehungen aufbauen, die mir anders wahrscheinlich gar nicht möglich wären. Eine Verbindung mit einer anderen Person aufzubauen, ist ziemlich schwierig. Eine noch größere Herausforderung stellt jedoch die Verbindung analoger und digitaler Masseflächen dar. Rauschende digitale Chips können zu Störungen in Ihren schönen analogen Schaltungen führen. Sie müssen deshalb voneinander getrennt werden, sich dabei aber auf dasselbe Massepotenzial beziehen. Wenn Sie die Masseflächen willkürlich und ohne Planung verbinden, können Sie mehr Probleme verursachen als Sie lösen. An dieser Stelle kommt die Sternpunkt-Masseverbindung ins Spiel. Ein Sternpunkt lässt Sie verschiedene Massen bestimmter Mixed-Signal-Schaltungen miteinander verbinden.

    Das Masseproblem bei Mixed-Signal-Schaltungen

    Genau wie das Dating, ist auch die Masseverbindung von Mixed-Signal-PCBs ein komplexes Thema mit vielen Problemen und Lösungen. Sie wissen, dass Sie Ihre analogen und digitalen Signale getrennt halten müssen, um die elektromagnetischen Störungen zu reduzieren. Jedoch müssen sie gemeinsam mit der Masse verbunden werden. Eine unsachgemäße Masseverbindung kann zu großen Masseschleifen führen, die Störungen in Ihrer Schaltung und vielleicht sogar außerhalb davon verbreiten.

    Das Hauptproblem auf Mixed-Signal-Platinen sind die digitalen Schaltungen. Digitale geschaltete Chips können ziemlich rauschintensiv sein, was eigentlich kein Problem darstellen würde, wenn sie allein auf der Platine wären. Wenn Sie jedoch mit analogen Schaltungen kombiniert werden, mischen sich oft elektromagnetische Störungen unter die empfindlichen analogen Signale. Genau das ist der Grund, warum Sie prinzipiell versuchen sollten,  beide Systeme getrennt voneinander zu halten.

    Die Trennung von analogen und digitalen Schaltkreisen schafft jedoch ein weiteres Problem, nämlich eine potenzialfreie Masse. Um ordnungsgemäß zu funktionieren, müssen sich alle Ihre analogen und digitalen Chips auf dasselbe Massepotenzial beziehen. Wenn Sie Ihre separaten analogen und digitalen Masseflächen ohne Bedacht miteinander verbinden, können Sie Masseschleifen verursachen. Große Schleifen werden sich dann wie Antennen verhalten und elektromagnetische Störungen an andere Teile Ihrer Platine abstrahlen und vielleicht sogar aus Ihrem Gerät hinaus. Eine Sternpunkt-Masseverbindung ermöglicht es Ihnen, Ihre analogen und digitalen Schaltungen an einem zentralen Punkt miteinander zu verbinden. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit von Masseschleifen und elektromagnetischen Störungen.

    Sternzeichen
    Alle Masseanschlüsse sollten an Ihrer Stern-Masse enden.

    Sternpunkt-Masseverbindung

    Viele Menschen haben versucht, die Liebe zu beschreiben, und sind letztendlich daran gescheitert. Ich bin nicht so mutig und schreibe deshalb lieber über die Sternpunkt-Masseverbindung. Eine Sternpunkt-Masseverbindung ist die zentrale Anlaufstelle, die analoge und digitale Masseflächen verbindet und dabei Masseschleifen eliminiert. Sie muss dabei nicht zwingend die Form eines Sterns haben. Der Gedanke dahinter ist jedoch, dass jede Verbindung über einen einzigen, zentralen Punkt hergestellt wird.

    Falls Sie zwei Freundinnen zur gleichen Zeit haben möchten (wovon ich definitiv abrate), sollten Sie sicherstellen, dass Sie beide stets voneinander getrennt halten. Auf die gleiche Art und Weise sollten analoge und digitale Schaltungen so wenig wie möglich miteinander interagieren. Sie sollten für jede Art separate Versorgungsleitungen verwenden und sie nur über einen zentralen Punkt miteinander verbinden. Dadurch wird sichergestellt, dass die Flächen der Masseschleifen minimiert werden und dass analoge und digitale Signale sich nicht mischen und sich in den Masseflächen nicht gegenseitig stören.

    Wann sollten Sie Sternpunkt-Masseverbindungen verwenden?

    Nach meiner Erfahrung ist es nicht genug, einfach nur zu wissen, was zu tun ist. Vielmehr müssen Sie auch wissen, wann Sie es tun sollten. Natürlich halten Paare gerne Händchen, jedoch habe ich festgestellt, dass ich dies nach dem Niesen nicht versuchen sollte. So gibt es tatsächlich einige Situationen, in denen die Nutzung einer Sternpunkt-Masseverbind angebracht ist, und wiederum einige andere, in denen eher darauf verzichtet werden sollte.

    Perfekte geeignet ist eine Stern-Masse dann, wenn Sie ein einziges PCB mit einem einzigen ADC/DAC darauf haben. In einem solchen System können Sie Ihren Sternpunkt zum Massepunkt für Ihren Wandler machen. Anschließend verbinden Sie Ihre analogen und digitalen Masseflächen auf beiden Seiten des Wandlers mit demselben Punkt. Dies wird Ihnen helfen, das Rauschen in Ihrem Mixed-Signal-Schaltkreis deutlich zu reduzieren, was die Masseverbindung zu einem Kinderspiel macht.

    Ich habe es weiter oben bereits angesprochen: Sobald Sie sich in mehr als eine Beziehung stürzen, werden die Dinge kompliziert. Wenn Sie also ein Multi-Card-System konzipieren oder mehr als einen Wandler verwenden, wird eine Sternpunkt-Masseverbindung eventuell nicht funktionieren. Das Problem dabei ist, dass Sie mehr als einen Sternpunkt haben werden, sodass jede Menge Masseschleifen entstehen kann. Das Konzept der Sternpunkt-Masseverbindung beruht darauf, dass alles über einen Punkt verbunden ist. Falls Sie nicht alles über einen Punkt verbinden können, versuchen Sie es erst gar nicht.

    Elektronische Schaltung
    Sorgen Sie für eine angemessene Masseverbindung Ihrer Schaltung.

    Menschen sind nicht dafür geschaffen, getrennt voneinander zu leben. Analoge und digitale Signale sind es aber in jedem Fall. Wenn Sie Ihre Mixed-Signal-Schaltung nicht adäquat mit der Masse verbinden, entsteht Rauschen. Eine Sternpunkt-Masseverbindung kann dabei helfen, elektromagnetische Störungen auf Ihrem PCB zu reduzieren und alles am richtigen Ort zu halten. Achten Sie jedoch darauf, den Sternpunkt lediglich in Systemen mit nur einem einzigen Wandler zu verwenden. Sobald Sie sich mit komplexeren Systemen befassen, wird die Arbeit mit nur einem einzigen Sternpunkt fast unmöglich.

    Online-Dating kann Ihr Liebesleben sehr viel einfacher machen, und mit CircuitStudio kann Ihr Arbeitsleben einfacher werden. Es verfügt über eine großartige Auswahl an erweiterten Funktionen, die Sie bei der Entwicklung einer Platine mit minimalen elektromagnetischen Störungen unterstützen wird.

    Haben Sie weitere Fragen zur Sternpunkt-Masseverbindung? Dann rufen Sie einen Experten bei Altium an.

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    PCB Design Tools for Electronics Design and DFM. Information for EDA Leaders.

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