S'han de separar les capes terrestres AGND i DGND?
La resposta senzilla és que depèn de la situació, i la resposta detallada és que normalment no estan separats.Perquè en la majoria dels casos, separar la capa de terra només augmentarà la inductància del corrent de retorn, la qual cosa comporta més mal que bé.La fórmula V = L(di/dt) mostra que a mesura que augmenta la inductància, augmenta el soroll de tensió.I a mesura que augmenta el corrent de commutació (perquè augmenta la taxa de mostreig del convertidor), també augmentarà el soroll de tensió.Per tant, les capes de terra s'han de connectar entre si.
Un exemple és que en algunes aplicacions, per complir amb els requisits de disseny tradicionals, s'ha de col·locar l'alimentació del bus brut o els circuits digitals en determinades àrees, però també per les limitacions de mida, fent que la placa no pugui aconseguir una bona partició de disseny, en aquest cas. cas, la capa de terra separada és la clau per aconseguir un bon rendiment.Tanmateix, perquè el disseny general sigui efectiu, aquestes capes de connexió a terra s'han de connectar entre elles en algun lloc del tauler mitjançant un pont o punt de connexió.Per tant, els punts de connexió s'han de distribuir uniformement entre les capes de terra separades.En última instància, sovint hi haurà un punt de connexió a la PCB que es converteixi en la millor ubicació per retornar el corrent per passar sense causar degradació del rendiment.Aquest punt de connexió normalment es troba a prop o sota del convertidor.
Quan dissenyeu les capes d'alimentació, utilitzeu totes les traces de coure disponibles per a aquestes capes.Si és possible, no permeteu que aquestes capes comparteixin alineacions, ja que les alineacions i vies addicionals poden danyar ràpidament la capa de font d'alimentació dividint-la en peces més petites.La capa de potència escassa resultant pot estrènyer els camins actuals cap a on més es necessiten, és a dir, els pins d'alimentació del convertidor.Premer el corrent entre les vies i les alineacions augmenta la resistència, provocant una lleugera caiguda de tensió als pins d'alimentació del convertidor.
Finalment, la col·locació de la capa d'alimentació és fonamental.No apileu mai una capa d'alimentació digital sorollosa a la part superior d'una capa d'alimentació analògica, o les dues encara es poden acoblar encara que estiguin en capes diferents.Per minimitzar el risc de degradació del rendiment del sistema, el disseny hauria de separar aquests tipus de capes en lloc d'apilar-les sempre que sigui possible.
Es pot ignorar el disseny del sistema de subministrament d'energia (PDS) d'un PCB?
L'objectiu de disseny d'un PDS és minimitzar l'ondulació de tensió generada en resposta a la demanda actual de la font d'alimentació.Tots els circuits requereixen corrent, alguns amb alta demanda i altres que requereixen que el corrent sigui subministrat a un ritme més ràpid.L'ús d'una capa de terra o potència de baixa impedància totalment desacoblada i una bona laminació de PCB minimitza l'ondulació de tensió a causa de la demanda actual del circuit.Per exemple, si el disseny està dissenyat per a un corrent de commutació d'1 A i la impedància del PDS és de 10 mΩ, la ondulació de tensió màxima és de 10 mV.
En primer lloc, s'ha de dissenyar una estructura de pila de PCB per suportar capes més grans de capacitat.Per exemple, una pila de sis capes pot contenir una capa de senyal superior, una primera capa de terra, una primera capa de potència, una segona capa de potència, una segona capa de terra i una capa de senyal inferior.La primera capa de terra i la primera capa d'alimentació es proporcionen per estar molt a prop l'una de l'altra a l'estructura apilada, i aquestes dues capes estan separades entre 2 i 3 mils per formar una capacitat de capa intrínseca.El gran avantatge d'aquest condensador és que és gratuït i només cal especificar-lo a les notes de fabricació de PCB.Si la capa d'alimentació s'ha de dividir i hi ha diversos rails d'alimentació VDD a la mateixa capa, s'ha d'utilitzar la capa d'alimentació més gran possible.No deixeu forats buits, però també presteu atenció als circuits sensibles.Això maximitzarà la capacitat d'aquesta capa VDD.Si el disseny permet la presència de capes addicionals, s'han de col·locar dues capes de terra addicionals entre la primera i la segona capes d'alimentació.En el cas del mateix espai entre nuclis de 2 a 3 mils, la capacitat inherent de l'estructura laminada es duplicarà en aquest moment.
Per a la laminació de PCB ideal, els condensadors de desacoblament s'han d'utilitzar al punt d'entrada inicial de la capa d'alimentació i al voltant del DUT, cosa que garantirà que la impedància PDS sigui baixa en tot el rang de freqüències.L'ús d'un nombre de condensadors de 0,001 µF a 100 µF ajudarà a cobrir aquest rang.No cal tenir condensadors a tot arreu;Els condensadors d'acoblament directament contra el DUT trencaran totes les regles de fabricació.Si calen mesures tan severes, el circuit té altres problemes.
La importància dels coixinets exposats (E-Pad)
Aquest és un aspecte fàcil de passar per alt, però és fonamental per aconseguir el millor rendiment i dissipació de calor del disseny de PCB.
El coixinet exposat (Pin 0) es refereix a un coixinet que hi ha a sota dels CI d'alta velocitat més moderns, i és una connexió important a través de la qual es connecta tota la connexió a terra interna del xip a un punt central sota el dispositiu.La presència d'un coixinet exposat permet que molts convertidors i amplificadors eliminen la necessitat d'un pin de terra.La clau és formar una connexió elèctrica i una connexió tèrmica estables i fiables en soldar aquest coixinet a la PCB, en cas contrari, el sistema es podria danyar greument.
Les connexions elèctriques i tèrmiques òptimes per als coixinets exposats es poden aconseguir seguint tres passos.En primer lloc, quan sigui possible, els coixinets exposats s'han de replicar a cada capa de PCB, cosa que proporcionarà una connexió tèrmica més gruixuda per a tot el sòl i, per tant, una dissipació ràpida de la calor, especialment important per a dispositius d'alta potència.Pel costat elèctric, això proporcionarà una bona connexió equipotencial per a totes les capes de terra.Quan es reprodueixen els coixinets exposats a la capa inferior, es pot utilitzar com a punt de terra de desacoblament i un lloc per muntar dissipadors de calor.
A continuació, dividiu els coixinets exposats en diverses seccions idèntiques.Una forma de tauler d'escacs és la millor i es pot aconseguir mitjançant reixetes creuades de pantalla o màscares de soldadura.Durant el muntatge de reflux, no és possible determinar com flueix la pasta de soldadura per establir la connexió entre el dispositiu i la PCB, de manera que la connexió pot estar present però distribuïda de manera desigual o, pitjor, la connexió és petita i situada a la cantonada.Dividir el coixinet exposat en seccions més petites permet que cada àrea tingui un punt de connexió, garantint així una connexió fiable i uniforme entre el dispositiu i la PCB.
Finalment, s'ha d'assegurar que cada secció tingui una connexió a terra.Les àrees solen ser prou grans com per contenir múltiples vias.Abans del muntatge, assegureu-vos d'omplir cada via amb pasta de soldadura o epoxi.Aquest pas és important per assegurar-se que la pasta de soldadura del coixinet exposat no torna a fluir a les cavitats de les vies, cosa que, d'altra manera, reduiria les possibilitats d'una connexió adequada.
El problema de l'acoblament creuat entre les capes del PCB
En el disseny de PCB, el cablejat de disseny d'alguns convertidors d'alta velocitat tindrà inevitablement una capa de circuit acoblada en creu amb una altra.En alguns casos, la capa analògica sensible (potència, terra o senyal) pot estar directament per sobre de la capa digital d'alt soroll.La majoria dels dissenyadors pensen que això és irrellevant perquè aquestes capes es troben en diferents capes.És aquest el cas?Vegem una prova senzilla.
Seleccioneu una de les capes adjacents i injecteu un senyal a aquest nivell i, a continuació, connecteu les capes acoblades creuades a un analitzador d'espectre.Com podeu veure, hi ha molts senyals acoblats a la capa adjacent.Fins i tot amb un espai de 40 mils, hi ha un sentit en què les capes adjacents encara formen una capacitat, de manera que en algunes freqüències el senyal encara s'acoblarà d'una capa a una altra.
Suposant que una part digital d'alt soroll d'una capa té un senyal d'1 V d'un interruptor d'alta velocitat, la capa no impulsada veurà un senyal d'1 mV acoblat de la capa impulsada quan l'aïllament entre capes sigui de 60 dB.Per a un convertidor analògic a digital (ADC) de 12 bits amb un swing a escala completa de 2Vp-p, això significa 2LSB (bit menys significatiu) d'acoblament.Per a un sistema determinat, això pot no ser un problema, però cal tenir en compte que quan la resolució augmenta de 12 a 14 bits, la sensibilitat augmenta en un factor de quatre i, per tant, l'error augmenta a 8LSB.
Ignorar l'acoblament entre pla creuat/capa creuada pot no provocar que el disseny del sistema falli, o debilitar-lo, però cal estar atent, ja que pot haver-hi més acoblament entre les dues capes del que es podria esperar.
Això s'ha de tenir en compte quan es troba un acoblament espúre de soroll dins de l'espectre objectiu.De vegades, el cablejat del disseny pot conduir a senyals no desitjats o a l'acoblament creuat de capes a diferents capes.Tingueu-ho en compte quan depureu sistemes sensibles: el problema pot estar a la capa inferior.
L'article està extret de la xarxa, si hi ha alguna infracció, poseu-vos en contacte per eliminar-lo, gràcies!
Hora de publicació: 27-abril-2022