Mässeführung in Eagle

Hallo Leute,

Ich möchte mit einem Mikrocontroller ein DC Motor so wie ein Servo Motor ansteuern gespeißt wir das ganze von einer 12V Batterie.
Dazu habe ich mir überlegt den DC Motor, Servo und den Mikrocontroller jeweils in einem Eigenen Stromkreis zu betreiben, damit der Mikrocontroller nicht gestört wird.
Ich möchte ein Mikrocontrollerboard entwerfen, und eine weitere Platine für die Spannungsversorgung. Auf die Spannungsversorgungsplatine gehe ich mit 12V von der Batterie drauf,
Dahinter sitzten 2 Step Down Converter (LM 2596) um die 12V auf 5V runter zu brechen ein mal für den Mikrocontroller (1. Stromkreis) und der andere LM2596 als versorgungsspannung für den Servo (2. Stromkreis). Für den DC Motor (3. Stromkreis) ist kein Step Down Converter vorgesehen,in diesem Fall werden die Eingangsklemmen 1:1 auf die entsprechenden Ausgangsklemmen durch verbunden.

Nun meine Frage ich möchte das die Grounds von einander getrennt sind, Das ich einen AGND für den Leistungsteil so wie einen DGND für das Mikrocontrollerboard habe.
Ich habe mit einem Schaltplan in Eagle angefangen (Siehe Anhang) mir ist aber nicht klar wie ich das mit den Grounds in Eagle machen Soll auf der Eingangsseite des LM2596 habe ich den AGND als Bezugspotential ist klar.
Wo fängt jetzt mein DGND an ? Etwa schon direkt am Ausgang des LM2596 ?
Wie mache ich Eagle klar, das ich 3 unterschiedliche Grounds haben möchte oder besser gesagt 3 unterschiedliche Stromkreise ?

Danke für eure Hilfe

Gruß Gizmo

Hallo,

dein DGND ist der Ground von der Spannungsversorgung des µC. Der AGND ist der Ground der Spannungsquelle deiner Motoren. Im Eagle hast du auch zwei Symbole, 1x für AGND und 1x für DGND. Diese solltest du verwenden anstelle eines gemeinsamen GND Symbols.

Hi Daniel,

Erst mal danke für Deine Antwort.
Muss ich dann in meinem Schaltbild auf der Ausgangsseite des LM2596 D1, C1 so wie den Anschluss X4-2 mit einem DGND Symbol verbinden anstatt mit AGND ?

Gruß Gizmo

Hi,

wie das bei einem LM2596 ist weiß ich nicht so genau, aber ich denke du solltest wenn dann alle Pins der Spannungsversorgung auf den selben GND legen. Ich weiß nicht ob es richtig funktioniert wenn du den GND Pin auf AGND legst und den Rest auf DGND, weil du ja zwei getrennte Masseflächen hast.
Aber du hast ja eh zwei Schaltregler. Den einen legst du auf AGND und den anderen auf DGND.

Edit: Wieso willst du dir überhaupt den Stress mit zwei Masseflächen machen, wenn du eh nur eine Spannungsquelle benutzt?
Die "Störungen" von der Batteriespannung hast du dann ja auch in beiden Stromkreisen. Das würde nur Sinn machen wenn du auch zwei galvanisch voneinander getrennte Spannungsquellen hast. Und wenn du nur eine Spannungsquelle hast, musst du AGND und DGND eh miteinander verbinden, weil die müssen ja mit dem GND der Batterie verbunden werden. Somit hast du dann im Endeffekt wieder nur eine Massefläche ;)

Ich habe hier im Forum schon des öfteren gelesen, dass es garantiert zu Problemen kommt,
wenn man einen Mikrocobtroller und einen Motor in einem Stromkreis betreibt. Des wegen
hab ich mir überlegt das Problem so zu lösen. Aber das ist wohl nicht die Lösung des Problems.
Danke für Deinen Hinweis ich bin echt für jede Hilfe dankbar. Bin blutiger Anfänger was Schaltungsentwicklung angeht.
Wie würdest Du das Problem lösen ?
Hast Du einen Schaltungsvorschlag ?

Gruß Gizmo

Du nimmst zwei getrennte Batterien. Eine für den Motor und eine für die Steuerelektronik.
Der Vorteil ist, dass die Batterie für die Elektronik ruhig bischen schwächer sein kann, weil da ja nicht soviel Strom benötigt wird. Für die Motoren nimmst du dann eine starke Batterie.
Und dann ist der Rest ganz simpel. Du baust deine Schaltung mit zwei galvanisch voneinander getrennten Stromkreisen auf. Das heißt du nimmst einen Regler der aus den 12V der Batterie 5V für die Elektronik macht. Dafür verwendest du z.B. DGND. Mit der zweiten Batterie versorgst du den Motor und nennst den GND dann AGND. Die Ansteuerung kannst du dann (wenn du es komplett galvanisch getrennt voneinander machen willst) über Optokoppler machen, sprich du schließt die LED der Kopler an den Controller an und der Fototransistor der Kopler werden an einen Transistor angeschlossen der die Motoren steuert (je nachdem was die Motoren für eine Leistung haben kannst du es eventuell auch direkt mit den Transistoren der Optos machen). Mit dieser Methode hast du eine komplette galvanische Trennung beider Stromkreise (du darfst dann natürlich nicht die GNDs der beiden Batterien verbinden ;) ).
Wenn du sagst du willst keine galvanische Trennung kannst du es mit einem Motortreiber lösen. Dort legst du als Motorspannung die Batterie an und an die Steuerpins kommt der Mikrocontroller. Damit hast du, wie schon gesagt, keine galvanische Trennung aber der Motor wird durch eine andere Batterie versorgt als die Steuerelektronik. Die GNDs kannst du in diesem Fall zusammen legen und auch die GNDs der Batterien kannst du verbinden. Diese Methode wird auf den meisten Bots verwendet, weil du einfach nur die Störungen die im Motorstromkreis entstehen von der Steuerelektronik weghalten willst und das geht so am einfachsten. Eine galvanische Trennung ist da nicht wirklich notwendig ;)
Sowas macht man normalerweise nur wenn man eine empfindliche Schaltung hat und diese vor einer eventuellen Fehlfunktion einer angeschlossenen Schaltung schützen will (teure Programmiergeräte haben z.B. galvanisch voneinander getrennte Ausgänge damit ein Fehler auf einer Mikrocontrollerplatine keinen Schaden im PC oder im Programmer anrichtet).
Mit einer Batterie alleine wirst du es nicht schaffen die GNDs voneinander zu trennen, weil du halt die beiden GNDs und Vccs an der Batterie wieder zusammen führen musst.

Die Sache ist die, bei dem Projekt handelt es sich um ein autarkes Boot.
Der Motor so wie der Servo wurden einem RC Boot entnommen, in diesem RC Boot ist nur eine Batterie.
Ich wollte von vorn herein einen Motortreiber verwenden und diesen über PWM ansteuern.
Über eine separate Spannungsversorgung für den Mikrocontroller habe ich auch schon nachgedacht.
Aber ich würde wie gesagt gerne alles von einer Spannungsquelle speisen.
Wie würdest Du das machen ?

Gruß Gizmo

Wenn du nur eine Spannungsquelle nehmen möchtest, musst du die Elektronik halt gut entstören (mit Hilfe von Kondensatoren und Spulen).

Übrigens finde ich Deine Elektronikseite super besonders das XMega Tutorial.

Gruß Gizmo

Zitat:

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Zitat von gizmo82

Übrigens finde ich Deine Elektronikseite super besonders das XMega Tutorial.

Gruß Gizmo

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Danke :)
Höre es immer gerne wenn jemanden meine Seite gefällt und/oder er Kritik oder Anregungen hat.
Hoffe da kommt nach und nach noch ein bischen mehr dazu :)

Zitat:

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Zitat von Kampi

Wenn du nur eine Spannungsquelle nehmen möchtest, musst du die Elektronik halt gut entstören (mit Hilfe von Kondensatoren und Spulen).

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Okay, ich werde doch die Variante mit den Zwei Spannungsquellen bevorzugen.
Ich werde aber mit nem 9V Block nicht weit kommen.;-)

Gruß Gizmo

Nur für den µC sollte man keinen Schaltregler nehmen - vor allem nicht, wenn man Angst vor Störungen hat. Einen 3 A Regler wird man für den µC schon gar nicht brauchen - da hat man ggf. schon Probleme mit der Mindestlast des Reglers. Für den µC und die Sensoren reicht ein 7805 (theoretisch vermutlich sogar ein 78L05).

Wenn man den Servo nicht so oft bewegt, kann man auch für den Servo einen Linearregler nehmen - das ist für den Anfang deutlich einfacher.

Wenn die Masseführung stimmt, reicht auch eine Batterie. 2 getrennte Regler machen die Sache ggf. schon einfacher.
Für die Servos sollte hinter den Regler noch ein LC Filter. Das reduziert die Störungen und entkoppelt die servo-internen Elkos von Regler. Man sollte ggf. auch vor dem Schaltregler (zwischen der Batterie und dem Elko direkt vor dem Regler) einen Spule als Filter einplanen, denn auch ein Schaltregler verursacht einiges an Störungen. Der Elko vor dem LM2596 sollte lieber größer (ggf. auch 2 oder 3 Stück) sein und muss ein low ESR Typ sein. Wenn es mit dem Stromverbrauch des Servos hinkommt wäre ein kleinerer Regler Schaltregler ggf. besser - da sind die Spitzenströme und damit auch die Störungen geringer. Normal müsste da auch ein 1 A Regler reichen, denn auch kleine Einbrücke bei der Spannung für die Servos sind nicht so kritisch.

Ob man das in Eagle mit getrennten Symbolen für AGND und DGND macht ist Geschmackssache, es hilft vielleicht. Man sollte dann aber für die Verbindung nicht ganz vergessen - ggf. als eine Drahtbrücke oder SMD 0 Ohm einplanen. Man sollte vor allem vermeiden die GND Verbindungen von Eagle per Fill machen zu lassen - das gibt meist eine schlechte Masseführung. Besser legt man auch die Leitungen für Masse von Hand und macht die sogar mit als erstes und ggf. etwas dicker. Zum Auffüllen des Rests kann man dann trotzdem noch die Fill-Funktion nutzen. Dazu aber lieber einige getrennte Polygone nehmen, nicht einfach alles.

Zitat:

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Zitat von gizmo82

Ich werde aber mit nem 9V Block nicht weit kommen.;-)

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Wenn du den Block nur für die Elektronik verwendest reicht der locker eine Weile aus.
Du musst ja nicht so ein 1€ billig Teil vom Lidl oder so nehmen. Für sowas würde ich ein wenig mehr Geld investieren und einen Akku vom Conrad oder sonst wo kaufen der 2Ah hat. Der reicht dann eine ganze Weile für die Elektronik ;)
Und du kannst ihn halt aufladen :D

Hast Du schon mal eine Mikrocontrollerschaltung mit einem 9V Block betrieben ?

Gruß Gizmo

Zitat:

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Zitat von Besserwessi

Nur für den µC sollte man keinen Schaltregler nehmen - vor allem nicht, wenn man Angst vor Störungen hat. Einen 3 A Regler wird man für den µC schon gar nicht brauchen - da hat man ggf. schon Probleme mit der Mindestlast des Reglers. Für den µC und die Sensoren reicht ein 7805 (theoretisch vermutlich sogar ein 78L05).

Wenn man den Servo nicht so oft bewegt, kann man auch für den Servo einen Linearregler nehmen - das ist für den Anfang deutlich einfacher.

Wenn die Masseführung stimmt, reicht auch eine Batterie. 2 getrennte Regler machen die Sache ggf. schon einfacher.
Für die Servos sollte hinter den Regler noch ein LC Filter. Das reduziert die Störungen und entkoppelt die servo-internen Elkos von Regler. Man sollte ggf. auch vor dem Schaltregler (zwischen der Batterie und dem Elko direkt vor dem Regler) einen Spule als Filter einplanen, denn auch ein Schaltregler verursacht einiges an Störungen. Der Elko vor dem LM2596 sollte lieber größer (ggf. auch 2 oder 3 Stück) sein und muss ein low ESR Typ sein. Wenn es mit dem Stromverbrauch des Servos hinkommt wäre ein kleinerer Regler Schaltregler ggf. besser - da sind die Spitzenströme und damit auch die Störungen geringer. Normal müsste da auch ein 1 A Regler reichen, denn auch kleine Einbrücke bei der Spannung für die Servos sind nicht so kritisch.

Ob man das in Eagle mit getrennten Symbolen für AGND und DGND macht ist Geschmackssache, es hilft vielleicht. Man sollte dann aber für die Verbindung nicht ganz vergessen - ggf. als eine Drahtbrücke oder SMD 0 Ohm einplanen. Man sollte vor allem vermeiden die GND Verbindungen von Eagle per Fill machen zu lassen - das gibt meist eine schlechte Masseführung. Besser legt man auch die Leitungen für Masse von Hand und macht die sogar mit als erstes und ggf. etwas dicker. Zum Auffüllen des Rests kann man dann trotzdem noch die Fill-Funktion nutzen. Dazu aber lieber einige getrennte Polygone nehmen, nicht einfach alles.

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Was verstehst Du unter sauberer Masseführung ?
Wie werden die ganzen Spulen, Filter, und Kondensatoren dimensioniert ?
Das problem ist ich möchte die Platine ätzen wenn dann ein Bauteil falsch ist, wäre es ein bischen ungeschickt ;-)

Gruß Gizmo

Zitat:

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Zitat von gizmo82

Hast Du schon mal eine Mikrocontrollerschaltung mit einem 9V Block betrieben ?

Gruß Gizmo

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Naja nicht gerade mit einem 9V Block aber mit 4x 1,5V. Und das waren Akkus mit 2000mAh und die halten wirklich ewig ;)
Die Akkus für die Servomotoren waren da deutlich schneller leer :D
Warum wäre es ungeschickt wenn die Bauteilwerte falsch sind ;)? Wenn du bedrahtete nimmst kannst du die ja problemlos auswechseln.

Zitat:

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Zitat von gizmo82

Was verstehst Du unter sauberer Masseführung ?
Wie werden die ganzen Spulen, Filter, und Kondensatoren dimensioniert ?
Das problem ist ich möchte die Platine ätzen wenn dann ein Bauteil falsch ist, wäre es ein bischen ungeschickt ;-)

Gruß Gizmo

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Was haben denn die Bauteile mit der Masseführung zu tun ? Prinzipiell gilt immer, dass der Weg von einem Massepunkt zum nächsten möglichst kurz und möglichst direkt sein sollte. Also nicht dass der Strom einmal rund ums Board muss um den Punkt zu erhalten. Das Würde eventuell woanders Störungen verursachen und ist selbst gegenüber Störungen anfällig.

Spulen soweit SMC, Widerstände, Kondensatoren und Dioden kann man kaum falsch wählen. Sind ja nur Zweipole. Bei Elkos und Dioden ist die Polarität zu beachten, die kann man aber auch noch drehen wenn die Platine schon geätzt ist. Was die Werte wohl auch egal, solange das Bauteil mechanisch in die dafür vorgesehenen Bohrungen passt.

Für die korrekte Dimensionierung muss man halt wissen was man will und sich wenn man nicht weiß wie es geht sich ein Buch schnappen und etwas büffeln.

Im Übrigen ist ein 9V-Block die schlechteste Variante eine Schaltung zu versorgen, besonders wenn man nicht weiß was die noch verbrauchen wird. Die haben typischer Weise nur 250 mAh bis 350 mAh und sind bei einem Verbrauch von rund 20 mA recht schnell ausgelutscht.

Zitat:

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Zitat von Kampi

Wenn du bedrahtete nimmst kannst du die ja problemlos auswechseln.

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Gleiches gilt für SMD-Bauteile sofern man geeignetes Werkzeug hat. (Pinzette und Lupe) Man muss ja nicht gleich 0402 nehmen. 0805 reicht ja auch vollkommen für zu Hause.

Die meisten Bauteile kann man nachträglich noch ändern. Was man aber bei einer geätzten Platine kaum ändern kann ist die Leiterführung, insbesondere die der Masse. Aber selbst da kann man teils mit zusätzlichen Massebrücken und ggf. Ferritperlen noch was machen - sieht nur nicht mehr so gut aus.

Ein µC Schaltung ist noch digital außer vielleicht ein kleiner Teil um den Sensor. Das ist also an sich noch relativ unkritisch. So viel Angst muss man also nicht vor Störungen haben. Kleinere Fehler haben bei einer digitalen Schaltung meist noch keinen merklichen Effekt.

So lange man keine SMD Teile braucht, kommt man auch mit einer Streifenraster / Lochrasterplatine recht weit. Es wird halt nur etwas größer.

Die Auslegung der Spulen Kondensatoren usw. ist im Datenblatt zum Schaltregler beschrieben, ggf. auch die der Filter. Bei den Elkos gilt es halt auf mehr als nur Kapazität und Spannung zu achten, da sollten auch ESR und Strombelastbarkeit passen. Wenn es der Erste Schaltregler ist, kann man auch erst mal nur den Regel auf einer kleinen Platine aufbauen, ggf. auch Lochraster, auch wenn die Datenblätter oft sagen das geht nicht gut.