Sbroglio PCB e masse

[mdwalter]

Ciao a tutti!
Sto cercando di realizzare un pcb a 4 layer per un amplificatore di potenza da 1000W rms su 4Ω.
Metto in chiaro che sono un neofila in questo e ho qualche nozione di elettronica.
L'amplificatore è un dual mono sullo stesso pcb, ci vorranno 2 masse diverse per l'alimentazione? Nel senso la parte segnale ha una sua massa(gnd) con una resistenza da 10Ω collegata in massa(grn), l'amplificatore ha 3 entrare e ho optato la commutazione con relè di segnale in quanto il commutatore è molto lontano dagli ingressi.
Ho messo un via enorme per fare la massa a stella ma non sò se è meglio farne uno solo o 2 uno per ogni canale visto che hanno l'alimentazione totalmente separata.
Altra cosa su un pcb 4 layer ci potrebbero essere problemi se la massa viaggia sul lato componenti? ci sono problemi se 7 volt duali viaggiano in strati diversi ma sopra o sotto i segnali? e le masse pure?
Quello che mi preme molto è il ronzio e le autooscillazioni dovute dal design del layout.
Vi invio quello che sto facendo, le immagini sono: tutti i layer, tutti i layer tranne la serigrafia, component side, segnale1, segnale2, solder side..... non è completo chiaramente.







Grazie a tutti!

[docelektro]

per quel poco che ci capisco la massa è una e deve essere in comune per tutto il circuito. Canale destro e sinsitro. Molti anni fa quando si faceva uno stampato l'importante era non fare incroci. Adesso con la scusa del multi strato oltre a fare oggetti non più riparabili perchè appena vedono il saldatore va tutto in corto si complica di tutto e di più.
Le alimentazioni sono separate? Più che altro sarebbero da alimentare separatamente finali e pilota,più che separare i due canali. Quasi tutti gli ampli seri (non quelle cosine da casa che si fondono alla festicciola di compleanno) hanno di solito un trasfo toroidale ,una piastra con i diodi e due oppure 4 condensatori che tirano fuori tensioni duali che vanno da 50 a 70 volt. Sto parlando di lem,peecher sound,peavey ,toa,e hh industries. Nessuno ha le tensioni di potenza separate per i canali destro e sinistro. E l'HH industries se ben sfruttato sa dare filo da torcere a roba audiofila che costa uno zero in più di lui.

E ovviamente nessuno ha stampati multistrato che rendono problematica la riparazione.

Inoltre (giudizio personale) i finali così accalcati con tutti quei watt da dissipare mi sembrano un goccio troppo vicini. errore che fa anche una ditta nota (biema) e ogni tanto qualcuno della sua ultima serie va arrosto.

[mdwalter]

Grazie per la risposta!
Interessante il fatto di tenere i mosfet più lontani tra di loro, invece per quanto riguarda l'alimentazione ha trasformatori toroidali da 2000va separati su un case separato dall'ampli, uso un totale di 24 condensatori a 130V 10000mF(6 per rail), ma per fortuna l'alimetazione non è un problema
Il pcb sarà da 3Oz una scelta obbligatoria visto le correnti in gioco, ci sono 2 relè posti in basso che servono per staccare l'alimentazione qualora la temperatura fosse esagerata, ovvero prima agiscono le 2 ventole(che sul pcb in alto a destra e a sinistra c'è l'alimentazione delle suddette azionate da 2 termo-switch) poi se sale ancora la temperatura si azioneranno i relè che toglieranno corrente su tutti e 2 gli ampli e tutte e 2 le tensioni - e + e in più ci sono 4 fusibili.
Però la cosa che per quanto semplice può sembrare è la massa farla a regola d'arte sò che ci sono più modi per farla, a stella, un anello in torno al pcb ecc, e poi sò anche che se il design non è fatto bene possono autooscillare alcuni componenti.
Io tendo a usare per i segnali le piste interne visto che sono più schermate e quelle esterne per massa, alimentazione e uscita ampli.
Chiedo aiuto perchè per far fare il pcb a 4 layer di 444x380mm costa molto e se per disgrazia qualcosa va male dovrei farle rifare.
Chiedetemi ogni cosa che possa darvi input per capire la mia situazione.
Grazie a tutti

[docelektro]

che io sappia,visto anche su molti juke e amplificatori commerciali la massa è SEMPRE una pista centrale e poi si dirama diventando una stella,da qui parte UN SOLO FILO che va verso il telaio . L'anello intorno l'ho visto solo su piccoli apparati e qualcuno un goccio di ronzio lo faceva.

[drpaolo]

Mi sfugge il perchè dell'uso di un multilayer in un circuito audio.

Il multilayer ha una ragione d'essere dove devono esistere superfici equipotenziali (alimentazioni), ma in tal caso l'intero layer deve essere continuo e dedicato (=non ha piste).
I vantaggi, in questo caso, sono notevoli; si tengono sotto controllo i parametri parassiti in parti del circuito dove circolano correnti elevate ed eventualmente a carattere impulsivo.

Mettere le connessioni di segnale nei layer interni non ha alcun senso, dal punto di vista circuitale e rende difficili modifiche e riparazioni, come ti hanno già fatto osservare.

Piuttosto che tentare un inutile multilayer, se proprio vuoi spendere, ti conviene realizzare un circuito doppia faccia con spessore delle piste di 100 micron (3 Oz.), che meglio si adatterebbe ad un amplificazione di potenza.

Non usare l'autorouting.

(Questo il mio parere da professionista).

[drpaolo]

Se poi vuoi proprio (inutilmente) soffrire, con il multilayer, ti posso dire cosa farei io.

Layer superiore (1) : piste di potenza (esterne) e piste di segnale (interne e schermate da anello di massa).
Layer interno (2) : ritorno dell'alimentazione (massa); il layer copre tutta la superficie del PCB.
Layer interno (3) : positivo dell'alimentazione; il layer copre tutta la superficie del PCB, meno 1 mm ai bordi.
Layer inferiore (4): negativo dell'alimentazione; il layer copre tutta la superficie del PCB, meno 1 mm ai bordi.

Questa configurazione trarrebbe veramente vantaggio dall'avere un multilayer, ma crea diversi problemi di disegno, non ultimo quello di non poter realizzare piste che si intersecano, che sarebbero sostituite da ponticelli, oppure di avere una ddp elevata (negativo di alimentazione) tra lo strato inferiore del pcb e la carcassa dell'apparecchio.

In alternativa, leggermene peggiorativa, le piste di segnale che si intersecano potrebbero essere create sul layer (2).

...ma perchè complicarsi la vita ?

[mdwalter]

Salve
Grazie per le risposte
Veramente volevo costruire qualcosa da malati dell'audio, i 4 layer ho pensato che andavano bene per via dei segnali che rimangono comunque un po più schermati sapendo che i segnali a bassi voltaggi sono sensibili a tante interferenze, allora ho pensato che si come alcune piste sono molto lunghe allora quelle interne avrebbero giocato meglio, infatti quello che più mi preme sono le autooscillazioni e i ronzii, quali sono le regole d'oro per evitare queste 2 cose? Sò che le piste devono essere più corte possibile, che le linee delle piste devono essere omogenee possibilmente senza diramazione(tipo Y) e angoli secchi a 90 gradi, che è preferibile mettere più vicini possibile i componenti in base alle connessioni. Quello che cerco, anche se forse non è possibile, è un design per una massa perfetta(quasi impossibile), ho sentito dire che il piano di massa e/o il polygon pour possono recare problemi e dicono che quella stellare è la migliore soluzione...è vera questa cosa nel campo degli amplificatori? O è meglio una a bus?
Faccio troppe domande lo sò
Grazie mille ragazzi siete grandi!!

[docelektro]

sebbene sia secoli indietro ti voglio descrivere un vecchio nonno dell'audio. Era uno dei più silenziosi a parere mio. Ronzio solo se con condensatori andati e fruscio bassissimo.
Sviluppava 100W su 2,5 ohm e tramite un autotrasformatore erano disponibili a tutte le impedenze. La scelta di una complicazione simile era per poter alimentare tutto con soli 32 + 32 volt .
Non sto parlando del mac,sto parlando di seeburg. Il tipo SHP 100

Immaginati lo stampato,un foglio in a3. In mezzo esatto una mega pista di massa (parliamo di spessori normali) e i due canali speculari uno all'altro.
Ovviamente solo transistor (non c'era altro)e ovviamente da un lato gli ingressi e dall'altra le uscite. Nè più nè meno come capita negli ampli da auto.
Telaio in metallo,ovvio e (questo è il buono rispetto agli altri) tutti i pre alimentati a 24 volt separatamente dai finali.

P.S. per un "malato" dell'audio 1 kw è troppo,c'è gente che con i pochi watt dei valvolari con i triodoni a 800 volt ne ha da vendere. Personalmente sarebbe un ampli da autoscontro o da concerto live.

Quello che manca davvero in campo audio è un ampli che abbia le seguenti caratteristiche:
-pochissimo rumore
-zero ronzio
-poco calore ma non classe D
-alimentato a tensioni "umane"
-che in caso di guasto non faccia disastri sul carico

E secondo me soltanto un circuito completamente a fet + mosfet alimentato a una cinquantina di volt con quei 300 watt REALI basti e avanzi.

Una cosa che sarebbe da fare è l'alimentazione con raddrizzamento a componenti attivi ,in modo che se arriva continua sul carico un triac manda in corto l'uscita e l'alimentatore sentendo il troppo carico si siede salvando altri componenti

[drpaolo]

i 4 layer ho pensato che andavano bene per via dei segnali che rimangono comunque un po più schermati sapendo che i segnali a bassi voltaggi sono sensibili a tante interferenze, allora ho pensato che si come alcune piste sono molto lunghe allora quelle interne avrebbero giocato meglio

Per evitare la captazione dei disturbi conta l'impedenza delle piste, che dipende anche dal loro posizionamento (ma non solo).

Un doppia faccia con rame da 100 um è più che sufficiente allo scopo e costa meno, oltre ad avere meno problemi di sbroglio.

Se non hai mai realizzato pcb complessi, forse questo progetto non è proprio il più adatto; conviene "copiare" pcb di apparati storici e ben funzionanti, piuttosto.

Un buon esempio di pcb per amplificatore di potenza è quello sviluppato per il Superfinale di Suono da Aloia e lo puoi trovare qui: http://www.marignoni.it/ElettronicaHiFi ... finale.htm

[mdwalter]

Ciao e grazie ancora per le risposte e scusatemi ma sono riuscito solo adesso a rispondere.
E' vero che è un pò complesso ma se riesco, sai che soddisfazione?
Si le piste sono da 3Oz chiaramente.
Interessante l'alimentazione a componenti attivi, cè qualche schema da qualche parte anche facendogli qualche modifica?
Per il controllo delle impedenze è vero e non ci avevo pensato, meno cè resistenza e meno fà rumore come spesso succede sui pre che mettono fet o transistor in parallelo per far diminuire la resistenza e quindi questa regola(no di mettere in parallelo, ma la lunghezza credo) si applica anche nelle piste...molto interessante
Ho optato su un ampli potente perchè non è facile mettere potenza e purezza di suono, sò che gli ampli professionali sono progettati per durare e non tanto per il suono, ma se su potrebbe fare purezza, durata e potenza non sarebbe male
Adesso mi vedo il progetto comunque da prendere spunto al ampli nonno
Grazie tante ragazzi, dire che siete stati gentili è poco!
Poi se avete altri consigli mi farebbe piacere riceverli!

[mdwalter]

Grazie a tutti per le vostre risposte, non ho parole per la vostra gentilezza...grazie ancora!!
Si uso già le piste da 3Oz penso che sia un obbligo, perchè stagnare le piste non credo sia una grande idea.
Seguirò il consiglio di vedere altri pcb audio fatti bene e cercare di vedere cosa farne, poi non avevo pensato al controllo di impedenza delle piste, giusto sapevo che alcuni pre mettono in parallelo più fet o transistor per ridurre l'impedenza, penso che forse questo si possa usare sulle piste, ma forse sto dicendo una fesseria.
Interessante l'alimentazione con componenti attivi, ci sono schemi in giro? magari anche se bisogna modificarli?
Io uso altium per fare il circuito e devo dire che mi ci trovo molto bene anche se non lo conosco benissimo. Comunque ragazzi grazie ancora, se avete altri consigli ne sarei felice

[mrttg]

Ciao e grazie ancora per le risposte e scusatemi ma sono riuscito solo adesso a rispondere.
E' vero che è un pò complesso ma se riesco, sai che soddisfazione?
Si le piste sono da 3Oz chiaramente.

Ciao se conosci le correnti che circolano nelle piste di alimentazione dimensiona le piste di conseguenza (trovi diversi tool in rete).

Se nello sbroglio trovi difficoltà a far girare le piste puoi usare dei busbar.

Per il resto segui al 100% i consigli di drPaolo.

Una cosa che continua a sfuggirmi è che persone alle prime armi con i pcb vogliano usare cad complessi come Altium; che richiedono un notevole tempo di apprendimento.

Altium e i vari cad di quella fascia hanno senso se uno li usa tutti i giorni per lavoro.
Per stampati come questi basta Eagle, Orcad (non enterprise) o il buon vecchio Protel....

[docelektro]

Raddrizzamento con componenti attivi puoi averlo tramite:
-diodi SCR al posto dei diodi normali. sistema ESTREMAMENTE RUMOROSO che richiede induttanze con nucleo in ferro a lamierini per il filtraggio. Sperimentato sia sull'anodica (su un valvolare che non vedrà mai la luce) che sullo stato solido:

Impreciso,rumoroso,rumoroso,rumoroso,rumoroso
Transistor comuni usati come diodi "CONTROLLABILI" e non "controllati" ,sistema molto più silenzioso che di fatto fa stabilizzare ai transistor usati come raddrizzatori.

In pratica tu hai un normale pone nel quale 2 diodi sono 2 transistor e a li puoi pilotare in lineare (e scaldano di più) oppure a impulsi a 15625 hz (e risparmi moltissimo sugli elettrolitici) con un integrato particolare (mi sembra tea 1022) . Il problema è che occorrono transistor COSTOSISSIMI ,ho visto impiegare i BUX10 con un pre fatto con la solita coppi di BD piccoli.

tra un pò ti invio un paio di schemi di principio,non effettivi

[mrttg]

Linear Tech dovrebbe avere qualcosa di moderno per un raddrizzatore sincrono a frequenza di rete.

[mdwalter]

Ciao ragazzi, e grazie ancora!!!
Con altium mi ci trovo abbastanza bene prima usavo multisim e ultiboard.
Per quanto riguarda i transistor come sistemi silenziosi per sistema di alimentazione mi alletta molto.
In tanto ho modificato un po la massa, ovvero ho fatto un unico punto dove tutte le masse convergono tranne quelle di alimentazione che si collegheranno direttamente al telaio.
Ma avendo 105 volt duali 7 volt duali le 2 masse non danno problemi? Se nel caso darebbero problemi cosa potrei fare?

Ecco cosa ho fatto, secondo voi cè qualcosa che potrei migliorare nel percorso di massa?:

[mrttg]

Ciao,
- serve uno schema elettrico decente per capire di cosa parliamo (uno schema disegnato bene chiarisce molti dubbi in fase di routing)
- come mai la scelta di fare un centrostella cosi spostato rispetto al centro del circuito
- che senso ha richiudere le masse di potenza sul telaio, quando questo essenzialmente deve svolgere funzioni di schermo

[drpaolo]

NON usare mai il raddrizzamento attivo; ti dissimmetrizza pesantemente l'onda della corrente di rete e sovrappone una componente continua che fa saturare il nucleo del trasformatore.

Da qui: vibrazioni del trasformatore (udibili) e ripple dell'alimentazione alle stelle; potresti avere addirittura distorsioni della forma d'onda della corrente di rete ben superiori al 100% (anche 150% o 200%). Cosa questo significhi, lo puoi immaginare.

[docelektro]

di armoniche ce ne sono una cammionata,un raddrizzamento a scr che ho fatto per un banale plastico ferroviario messo al secondo piano (con le rotaie che fanno da antenna) faceva friggere un ricevitore yaesu all-band sulle onde lunghe nella casa di fianco...

Quello che guadagni sulla dissipazione e sul costo dell'alimentazione lo spendi in filtri e silenziamenti. io sul valvolare o avevo messo solo per poter togliere anodica se andava in corto il condensatore dei catodi dei finali o se lo si accendeva a altoparlante scollegato. O se lo si dimenticava acceso più di 4 ore.

Alla fine con un banale teleruttore facevi tutto e la necessità di scendere l'anodica quando non c'era segnale per ridurre il calore quando i tubi sono passati all'esterno non c'era più.

Se vuoi un alimentazione " esotica " prendi la 220 la rendi continua e poi vai con un alimentazione standard tipo tv color,meglio se con feedback opto isolato . Più lavori basso di frequenza e più triboli a essere silenzioso