シールド缶、適切な方法は何ですか？

私は私の敏感な回路をシールドで保護するのが好きです。写真はありませんが、基本的には、最上層に厚さ1 mmの接地長方形をまとめ、この上にシールドを配置して、この接地トレースに接触するようにします。

いくつかの懸念があります。

1. これを行うことでグランドループを作成していますか？
2. シールドを使用しない場合、ノイズを拾うアンテナを作成していますか？
3. このタイプのシールドの推奨プラクティスは何ですか？

実際、私はシールドを一点で接続するのが好きですが、経験豊富なハードウェアの人は、シールドがすべての点で地面に触れることができるように、完全な長方形の地面を露出させたいと主張しています。

更新

これは非常に初歩的な表現です。

更新2

ノイズはアンプの出力にあります（トランスインピーダンス）。300,000の増幅の場合、約3〜5 mVです。（最初のレイアウトでミスを犯しましたが、現在はより良いボードを開発しており、目標は最初のステージのノイズを1 mV未満に減らすことです。）

バッテリーからエネルギーを取得する2つのLDOがあります。どちらも高PSRRです。これは、S / G / S / G / P / Sという次のスタックを持つ6層ボードです。これは少し珍しい積み重ねですが、これらのグラウンドの間に敏感な信号を隠します。ボードは6層である必要はありませんが、これは後に別の混雑したボードの一部になるため、6層になります。

ノイズ源は豊富です：

• 電源：良好なLDO、フィルタリング（piフィルター）、バイパスコンデンサなどでこれを軽減します。これまでのところ、最悪の場合、電源に1〜2 mVのリップルが見られます。これも私の機器かもしれません。（私は良い機器を持っていません、また、アンプは50 + dB PSRRを持っているので、これは出力への影響を最小限に抑える必要があります。）

• $3\ nV/\sqrt{Hz}$

• フォトダイオード：大きなフォトダイオードを使用していますが、これは避けられないノイズを拾います。

• その他の電磁源：ボードは非常に敏感であり、さまざまな状況でノイズが増大するのを見てきました。また、一部のソースのリファレンス回路図では、外部ノイズ低減ソースをシールドすることが推奨されているため、このシールドオプションを使用して次のボードをテストしています。

更新3

• 10KとC1がなくても3-5 mVが存在します。オペアンプへの入力は基本的にありません。これは私のレイアウトが完璧ではないと思うようになります。

これがアンプの基本的な回路図です。必要だと思われる場合は、さらに追加できます。

次の規則が守られています。

• 複数のビアを介して接続された2つのグランド層を完成させます。
• 3.3 V電源（オペアンプの電源）は、2.2 µFタンタルコンデンサとpiネットワーク（100 kHzロールオーバー）を介して、フォトダイオードへの電源供給前（つまり、10 K抵抗の前）にフィルタリングされます。10Kに近い1/100/10 nFコンデンサもあります。（素晴らしいアイデアかどうかはわかりませんが、安全である方が良いです。）
• C1はDC（AC結合アーキテクチャ）をブロックし、ACのみを増幅します。
• オペアンプの電源ピンとバイアスピンには1/100/10 nFがあります（バイアスは2番目のLDOによって提供されます）。
• フィードバックコンデンサと抵抗は、オペアンプのできるだけ近くに配置されます。
• フォトダイオードとオペアンプ間の信号トレースはすべて最小化されています。最悪の場合は2 cm未満です。
• 重要と見なされるすべての信号は、2つのグランド層の間に配置されます。

また、シールドを考える理由を説明する別の観察結果：抵抗器を関数発生器に接続してオンにします。これはクロコダイルケーブル（本質的にループアンテナ）経由で行われるため、選択した周波数で放射することがわかります。オペアンプの出力がこれをうまく拾い上げて増幅しているのがわかります。ですから、私には外部の情報源が入り込んでいるので、議論全体が非常に明確です。

シールドを使用したい人がいるのを初めて聞いたとき、まずシールドが無能な人の最初の避難所であると言うことから始めます。シールドの正当な使用があるため、それは完全に公平ではありませんが、実際の議論のトーンを設定します。通常、これはRF放射または感受性に関するものであり、最終的には混乱を引き起こす悪い接地に関するものです。

シールドは、有能な人の最後の避難所でなければなりません。シールドには、明らかなコストの問題を超える重大な欠点もあります。無能な人は、導電性の箱に何かを入れるとRFエネルギーが出入りできないという神話を信じています。それは絶対に真実ではありません。適切に設計されていない場合、シールドはアンテナにもなります。

シールドについて話す前に、まず接地戦略を慎重に検討する必要があります。シールドと接地はしっかりと結合します。シールドが解決すると思う問題とは何か、すべてが正確に接地されているか、ノイズの原因は何かなどを説明してください。

一般に、良好な接地は、シールドよりもRF放射と感受性を低減するために役立ちます。接地が正しく行われている場合、シールドは放射の減衰をさらに追加できます。接地が正しく行われないと、シールドがアンテナになり、事態が悪化する可能性があります。良好なグラウンドでは、通常、シールドをできるだけ少ない穴で回路を囲み、主回路グラウンドに正確に1箇所で接続します。

繰り返しますが、回路、レイアウト、問題について詳しく教えてください。その後、シールドがまだ適切であれば、シールドについてさらに議論することができます。

更新2の後に追加：

主な関心事は、ノイズがアナログ信号にかかることです。現在、最初のアンプの出力に3〜5 mVのノイズがありますが、それを1 mVに下げたいと考えています。これはトランスインピーダンスアンプであると言いますが、これは300kのゲインと矛盾するため、回路が実際に何であるかはまだわかりません。

入力信号はどこから来ますか？どのようにしてアンプ入力に到達しますか？その参照は何であり、この参照がクリーンであることを保証するために何をしましたか？本当の問題は、この最初のアンプ段を可能な限り低ノイズにすることです。その後、信号はより高いレベルとより低いインピーダンスになるので、それほど影響を受けません。入力信号に加わる外部ノイズ源は何ですか？入力を短くすると、最初のステージからどれだけのノイズが出ますか？

高PSRRアンプと電圧レギュレータのためには良いですが、低周波数でのみ適用されることに注意してください。特に敏感な回路がある場合は、そのレギュレーターへの電源入力がフィルター処理された独自の線形レギュレーターを使用します。通常、チップインダクタの後にレギュレータの前にある大きなセラミックコンデンサを介してグランドに接続するのが適切です。たぶん、これらのうちの2つが直列になっているかもしれません。重要なのは、レギュレータのアクティブな電子機器が残りを処理できるように、電源供給の高周波を除去することです。10 kHz以下でフィルターがロールオフするのを見たいと思います。また、容量性ピックアップを回避するために、フィルタリングされていない電源を入力信号から遠ざけておく必要があります。ガードトレースが役立ちます。

私は2つのグランド層が好きではありません。2つのグランドレイヤーは、定期的につなぎ合わない限り、問題が発生する可能性があります。繰り返しますが、代わりに、接地について慎重に考える必要があるときに、シールドを考えています。流れるすべてのリターン電流を視覚化し、高周波成分がグランドプレーンを流れないようにします。高周波ノイズを生成するか、そのようなノイズに敏感な特定のセクションの下でローカルサブグランドプレーンを使用します。即時バイパスコンデンサはローカルアースネットに接続され、ローカルネットは1か所でグローバルアースネットに接続されます。

最初の増幅器段の回路を示し、すべてのグラウンドが実際にレイアウトされる方法を説明します。

アップデート3の後に追加：

10KとC1がなくても3-5 mVが存在します。基本的にオペアンプへの入力はありません。これは私のレイアウトが完璧ではないと思うようになります。

これは、ノイズが光検出器からのものではないことを示しているので、今のところそれを忘れることができます。ノイズは、正入力のバイアス電圧にあるか、グランドにあります。

複数のビアを介して接続された2つのグランド層を完成させます。

繰り返しますが、これは2つの理由で良い考えだとは思いません。まず、これら2つのプレーンを定期的につなぎ合わせる必要があります。それは思ったほど簡単ではありません。第二に、重要なサブシステムにサブグラウンドを使用しなかったようです。これらのサブグラウンドのポイントの一部は、高周波ループ電流を分離してメイングラウンドから遠ざけることです。各サブグランドをメイングランドに1箇所だけ接続することにより、高周波ループ電流をローカルに保ち、サブシステムがグランドプレーンの電流による異なるグランドポイント間のオフセット電圧を見ることを防ぎます。

3.3 V電源（オペアンプの電源）は、2.2 µFタンタルコンデンサとpiネットワーク（100 kHzロールオーバー）を介して、フォトダイオードへの供給前（つまり、10K抵抗の前）にフィルタリングされます。

しかし、あなたはそのどれも見せません。タンタルコンデンサは、セラミックコンデンサよりも高周波応答が悪く、ESRが高くなります。この電圧と容量でタンタルコンデンサを使用する理由はまったくありません。また、コンデンサー自体は、何らかのインピーダンスがなければ機能しません。あなたはパイネットワークに言及しますが、これのどれも回路図に示されておらず、あなたは単一の静電容量についてだけ話しているので、それは合計しません。

前にも言ったように、100 kHzは高すぎます。私が言ったように、私はそれが10kHz以下であることを見たいです。

10Kに近い1/100/10 nFコンデンサもあります。

良い、しかし再び、彼らは反対するためにいくらかのインピーダンスを必要とします。前に述べたように、電源フィードと直列のフェライトビーズチップインダクタがそれを行います。

オペアンプの電源ピンとバイアスピンに1/100/10 nF

OK、しかし、もう一度、これらは反対に働くためにいくらかのインピーダンスを必要とします。直列のチップインダクタが役立ちます。

また、これらのコンデンサは正確にどこにグランドに接続されますか？私はあなたがちょうどあなたの地面に突き抜けていると思います。繰り返しますが、これはすべて、単一のポイントでメイングランドプレーンに接続されたローカルグランドネットに接続する必要があります。

フィードバックコンデンサと抵抗は、オペアンプのできるだけ近くに配置されます。

良い。

フォトダイオードとオペアンプ間の信号トレースはすべて最小限に抑えられます。私たちは2cm未満の最悪の場合を話している

これは、ノイズの発生源ではないことをすでに示しています。

重要と見なされる信号はすべて、2つのグランド層の間に配置されます。

繰り返しますが、この種のシールドは、きれいな地面がある場合にのみ有用です。そうしない場合、これはすべて、グランドのノイズから信号への容量結合を増加させることです。