Mali by byť zemné vrstvy AGND a DGND oddelené?
Jednoduchá odpoveď je, že to závisí od situácie a podrobná odpoveď je, že zvyčajne nie sú oddelené.Pretože vo väčšine prípadov oddelenie zemnej vrstvy len zvýši indukčnosť spätného prúdu, čo prináša viac škody ako úžitku.Vzorec V = L(di/dt) ukazuje, že so zvyšujúcou sa indukčnosťou sa zvyšuje napäťový šum.A so zvyšujúcim sa spínacím prúdom (pretože sa zvyšuje vzorkovacia frekvencia prevodníka) sa zvýši aj napäťový šum.Preto by mali byť uzemňovacie vrstvy navzájom spojené.
Príkladom je, že v niektorých aplikáciách, aby boli v súlade s tradičnými konštrukčnými požiadavkami, musí byť v určitých oblastiach umiestnené špinavé napájanie zbernice alebo digitálne obvody, ale aj kvôli obmedzeniam veľkosti, takže doska nemôže dosiahnuť dobré usporiadanie rozloženia. Samostatná uzemňovacia vrstva je kľúčom k dosiahnutiu dobrého výkonu.Aby však bol celkový dizajn efektívny, musia byť tieto uzemňovacie vrstvy niekde na doske spojené mostíkom alebo spojovacím bodom.Preto by mali byť spojovacie body rovnomerne rozložené cez oddelené uzemňovacie vrstvy.V konečnom dôsledku bude na doske plošných spojov často prípojný bod, ktorý sa stane najlepším miestom na prechod spätného prúdu bez toho, aby došlo k zníženiu výkonu.Toto miesto pripojenia sa zvyčajne nachádza v blízkosti alebo pod prevodníkom.
Pri navrhovaní vrstiev napájacieho zdroja použite všetky medené stopy dostupné pre tieto vrstvy.Ak je to možné, nedovoľte, aby tieto vrstvy zdieľali zarovnania, pretože dodatočné zarovnania a priechody môžu rýchlo poškodiť vrstvu napájacieho zdroja tým, že ju rozdelia na menšie časti.Výsledná riedka napájacia vrstva môže stlačiť prúdové cesty tam, kde sú najviac potrebné, konkrétne na napájacie kolíky prevodníka.Stlačenie prúdu medzi priechodmi a zarovnaniami zvyšuje odpor, čo spôsobuje mierny pokles napätia na napájacích kolíkoch prevodníka.
Nakoniec je kritické umiestnenie vrstvy napájania.Nikdy neukladajte hlučnú vrstvu digitálneho napájacieho zdroja na vrstvu analógového napájacieho zdroja, inak sa tieto dve vrstvy môžu stále spájať, aj keď sú na rôznych vrstvách.Aby sa minimalizovalo riziko zníženia výkonu systému, návrh by mal tieto typy vrstiev oddeľovať, a nie ich hromadiť dohromady, kedykoľvek je to možné.
Môže sa návrh systému dodávky energie (PDS) PCB ignorovať?
Cieľom návrhu PDS je minimalizovať zvlnenie napätia generované v reakcii na dopyt po prúde napájania.Všetky obvody vyžadujú prúd, niektoré s vysokým dopytom a iné, ktoré vyžadujú, aby bol prúd dodávaný rýchlejšie.Použitie plne oddeleného nízkoimpedančného napájania alebo zemnej vrstvy a dobrej laminácie PCB minimalizuje zvlnenie napätia v dôsledku aktuálnej požiadavky obvodu.Napríklad, ak je konštrukcia navrhnutá pre spínací prúd 1A a impedancia PDS je 10mΩ, maximálne zvlnenie napätia je 10mV.
Po prvé, štruktúra dosky plošných spojov by mala byť navrhnutá tak, aby podporovala väčšie vrstvy kapacity.Napríklad šesťvrstvová vrstva môže obsahovať hornú signálnu vrstvu, prvú zemnú vrstvu, prvú výkonovú vrstvu, druhú výkonovú vrstvu, druhú základnú vrstvu a spodnú signálovú vrstvu.Prvá uzemňovacia vrstva a prvá napájacia vrstva sú v naskladanej štruktúre umiestnené vo vzájomnej tesnej blízkosti a tieto dve vrstvy sú od seba vzdialené 2 až 3 mil, aby vytvorili vnútornú kapacitu vrstvy.Veľkou výhodou tohto kondenzátora je, že je zadarmo a je potrebné ho špecifikovať iba v poznámkach k výrobe PCB.Ak musí byť vrstva napájania rozdelená a na tej istej vrstve je viacero napájacích koľajníc VDD, mala by sa použiť najväčšia možná vrstva napájania.Nenechávajte prázdne otvory, ale dávajte pozor aj na citlivé obvody.Tým sa maximalizuje kapacita tejto vrstvy VDD.Ak konštrukcia umožňuje prítomnosť ďalších vrstiev, medzi prvú a druhú vrstvu napájania by mali byť umiestnené dve ďalšie uzemňovacie vrstvy.V prípade rovnakého rozstupu jadra 2 až 3 mil, bude vlastná kapacita laminovanej štruktúry v tomto čase dvojnásobná.
Pre ideálnu lamináciu PCB by sa mali v počiatočnom bode napájacej vrstvy a okolo DUT použiť oddeľovacie kondenzátory, ktoré zabezpečia nízku impedanciu PDS v celom frekvenčnom rozsahu.Použitie množstva 0,001 µF až 100 µF kondenzátorov pomôže pokryť tento rozsah.Nie je potrebné mať všade kondenzátory;dokovacie kondenzátory priamo proti DUT porušia všetky výrobné pravidlá.Ak sú potrebné takéto prísne opatrenia, okruh má iné problémy.
Význam odkrytých podložiek (E-Pad)
Toto je ľahko prehliadnuteľný aspekt, ale je rozhodujúci pre dosiahnutie najlepšieho výkonu a odvodu tepla pri návrhu PCB.
Odkrytá podložka (Pin 0) označuje podložku pod najmodernejšími vysokorýchlostnými integrovanými obvodmi a je to dôležité spojenie, cez ktoré je celé vnútorné uzemnenie čipu pripojené k centrálnemu bodu pod zariadením.Prítomnosť odkrytej podložky umožňuje mnohým prevodníkom a zosilňovačom eliminovať potrebu uzemňovacieho kolíka.Kľúčom je vytvorenie stabilného a spoľahlivého elektrického spojenia a tepelného spojenia pri spájkovaní tejto podložky na PCB, inak by mohlo dôjsť k vážnemu poškodeniu systému.
Optimálne elektrické a tepelné spojenia pre exponované podložky možno dosiahnuť vykonaním troch krokov.Po prvé, ak je to možné, odkryté podložky by mali byť replikované na každej vrstve PCB, čo poskytne hrubšie tepelné spojenie pre celú zem a tým rýchly odvod tepla, obzvlášť dôležité pre zariadenia s vysokým výkonom.Na elektrickej strane to poskytne dobré ekvipotenciálne spojenie pre všetky uzemňovacie vrstvy.Pri replikácii odkrytých podložiek na spodnej vrstve sa môže použiť ako oddeľovací uzemňovací bod a miesto na montáž chladičov.
Ďalej rozdeľte odkryté podložky na viacero rovnakých častí.Šachovnicový tvar je najvhodnejší a dá sa dosiahnuť krížovými mriežkami obrazovky alebo spájkovacími maskami.Počas montáže pretavenia nie je možné určiť, ako tečie spájkovacia pasta, aby sa vytvorilo spojenie medzi zariadením a doskou plošných spojov, takže spojenie môže byť prítomné, ale nerovnomerne rozložené, alebo čo je horšie, spojenie je malé a nachádza sa v rohu.Rozdelenie odkrytej podložky na menšie časti umožňuje, aby každá oblasť mala spojovací bod, čím sa zabezpečí spoľahlivé a rovnomerné spojenie medzi zariadením a doskou plošných spojov.
Nakoniec by sa malo zabezpečiť, aby každá sekcia mala spojenie so zemou cez otvor.Oblasti sú zvyčajne dostatočne veľké na to, aby pojali viacero priechodov.Pred montážou nezabudnite naplniť každý priechod spájkovacou pastou alebo epoxidom.Tento krok je dôležitý na to, aby sa zabezpečilo, že odkrytá spájkovacia pasta podložky nestiekne späť do dutín priechodov, čo by inak znížilo šance na správne spojenie.
Problém krížovej väzby medzi vrstvami v DPS
Pri návrhu PCB bude zapojenie niektorých vysokorýchlostných meničov nevyhnutne mať jednu obvodovú vrstvu krížovo spojenú s druhou.V niektorých prípadoch môže byť citlivá analógová vrstva (napájanie, uzemnenie alebo signál) priamo nad digitálnou vrstvou s vysokým šumom.Väčšina dizajnérov si myslí, že je to irelevantné, pretože tieto vrstvy sú umiestnené na rôznych vrstvách.Je to tak?Pozrime sa na jednoduchý test.
Vyberte jednu zo susedných vrstiev a vstreknite signál na tejto úrovni, potom pripojte vrstvy s krížovou väzbou k spektrálnemu analyzátoru.Ako môžete vidieť, existuje veľmi veľa signálov spojených so susednou vrstvou.Dokonca aj pri rozostupe 40 mil, existuje zmysel, v ktorom susedné vrstvy stále tvoria kapacitu, takže pri niektorých frekvenciách bude signál stále spojený z jednej vrstvy do druhej.
Za predpokladu, že digitálna časť s vysokým šumom na vrstve má 1 V signál z vysokorýchlostného prepínača, neriadená vrstva uvidí 1 mV signál spojený z riadenej vrstvy, keď je izolácia medzi vrstvami 60 dB.Pre 12-bitový analógovo-digitálny prevodník (ADC) s 2Vp-p full-scale swing to znamená 2LSB (najmenej významný bit) väzby.Pre daný systém to nemusí byť problém, no treba si uvedomiť, že pri zvýšení rozlíšenia z 12 na 14 bitov sa citlivosť zvýši štvornásobne a tým sa chyba zvýši na 8LSB.
Ignorovanie spojenia medzi rovinou a medzi vrstvami nemusí spôsobiť zlyhanie návrhu systému alebo jeho oslabenie, ale musíme zostať ostražití, pretože medzi týmito dvoma vrstvami môže byť viac spojenia, ako by sa dalo očakávať.
Toto by sa malo poznamenať, keď sa v cieľovom spektre nachádza rušivá väzba šumu.Zapojenie usporiadania môže niekedy viesť k neúmyselným signálom alebo krížovej väzbe vrstiev na rôzne vrstvy.Majte to na pamäti pri ladení citlivých systémov: problém môže spočívať vo vrstve nižšie.
Článok je prevzatý zo siete, ak dôjde k nejakému porušeniu, kontaktujte ho, aby ste ho odstránili, ďakujeme!
Čas odoslania: 27. apríla 2022