Deben separarse as capas terrestres AGND e DGND?
A resposta sinxela é que depende da situación, e a resposta detallada é que normalmente non están separados.Porque na maioría dos casos, separar a capa de terra só aumentará a inductancia da corrente de retorno, o que trae máis mal que ben.A fórmula V = L(di/dt) mostra que a medida que aumenta a inductancia, o ruído de tensión aumenta.E a medida que aumenta a corrente de conmutación (porque a taxa de mostraxe do conversor aumenta), o ruído de tensión tamén aumentará.Polo tanto, as capas de terra deben estar conectadas entre si.
Un exemplo é que nalgunhas aplicacións, para cumprir cos requisitos de deseño tradicionais, a alimentación do bus sucia ou os circuítos dixitais deben colocarse en determinadas áreas, pero tamén polas limitacións de tamaño, o que fai que a placa non poida lograr unha partición de bo deseño, neste caso. caso, a capa de terra separada é a clave para conseguir un bo rendemento.Non obstante, para que o deseño xeral sexa efectivo, estas capas de conexión a terra deben conectarse entre si nalgún lugar da placa mediante unha ponte ou punto de conexión.Polo tanto, os puntos de conexión deben estar distribuídos uniformemente entre as capas de terra separadas.En definitiva, a miúdo haberá un punto de conexión no PCB que se converte no mellor lugar para que a corrente devolva o paso sen causar degradación no rendemento.Este punto de conexión adoita estar preto ou debaixo do conversor.
Ao deseñar as capas de fonte de enerxía, use todas as trazas de cobre dispoñibles para estas capas.Se é posible, non permita que estas capas compartan aliñacións, xa que as aliñacións e vías adicionais poden danar rapidamente a capa de fonte de alimentación dividíndoa en anacos máis pequenos.A capa de potencia escasa resultante pode espremer os camiños actuais ata onde máis se necesitan, é dicir, os pinos de alimentación do conversor.Espremer a corrente entre os vias e os aliñamentos aumenta a resistencia, provocando unha lixeira caída de tensión nos pines de alimentación do conversor.
Finalmente, a colocación da capa de alimentación é fundamental.Nunca coloque unha capa de fonte de enerxía dixital ruidosa encima dunha capa de fonte de enerxía analóxica, ou as dúas aínda poden acoplarse aínda que estean en capas diferentes.Para minimizar o risco de degradación do rendemento do sistema, o deseño debería separar estes tipos de capas en lugar de apilalas sempre que sexa posible.
Pódese ignorar o deseño do sistema de entrega de enerxía (PDS) dunha PCB?
O obxectivo do deseño dun PDS é minimizar a ondulación de tensión xerada en resposta á demanda actual da subministración de enerxía.Todos os circuítos requiren corrente, algúns con alta demanda e outros que requiren que a corrente sexa subministrada a un ritmo máis rápido.Usar unha capa de terra ou potencia de baixa impedancia totalmente desacoplada e unha boa laminación de PCB minimiza a ondulación de tensión debido á demanda actual do circuíto.Por exemplo, se o deseño está deseñado para unha corrente de conmutación de 1 A e a impedancia do PDS é de 10 mΩ, a ondulación de tensión máxima é de 10 mV.
En primeiro lugar, debe deseñarse unha estrutura de pila de PCB para soportar capas máis grandes de capacitancia.Por exemplo, unha pila de seis capas pode conter unha capa de sinal superior, unha primeira capa de terra, unha primeira capa de potencia, unha segunda capa de potencia, unha segunda capa de terra e unha capa de sinal inferior.A primeira capa de terra e a primeira capa de fonte de enerxía están moi próximas entre si na estrutura apilada, e estas dúas capas están espaciadas entre 2 e 3 mils para formar unha capa de capacitancia intrínseca.A gran vantaxe deste capacitor é que é gratuíto e só hai que especificalo nas notas de fabricación de PCB.Se a capa de fonte de alimentación debe dividirse e hai varios raíles de alimentación VDD na mesma capa, debe utilizarse a maior capa de fonte de enerxía posible.Non deixes buratos baleiros, pero tamén presta atención aos circuítos sensibles.Isto maximizará a capacidade desa capa VDD.Se o deseño permite a presenza de capas adicionais, débense colocar dúas capas de conexión a terra adicionais entre a primeira e a segunda capas de fonte de enerxía.No caso do mesmo espazo entre núcleos de 2 a 3 mils, a capacitancia inherente da estrutura laminada duplicarase neste momento.
Para a laminación ideal de PCB, os capacitores de desacoplamento deben usarse no punto de entrada inicial da capa de fonte de alimentación e ao redor do DUT, o que garantirá que a impedancia do PDS sexa baixa en todo o rango de frecuencias.Usar un número de capacitores de 0,001 µF a 100 µF axudará a cubrir este rango.Non é necesario ter condensadores en todas partes;Os condensadores de acoplamento directamente contra o DUT romperán todas as regras de fabricación.Se son necesarias medidas tan severas, o circuíto ten outros problemas.
A importancia das almofadas expostas (E-Pad)
Este é un aspecto fácil de pasar por alto, pero é fundamental para conseguir o mellor rendemento e disipación de calor do deseño de PCB.
A almofada exposta (Pin 0) refírese a unha almofada situada debaixo dos CI de alta velocidade máis modernos, e é unha conexión importante a través da cal toda a conexión a terra interna do chip está conectada a un punto central debaixo do dispositivo.A presenza dunha almofada exposta permite que moitos conversores e amplificadores eliminen a necesidade dun pin de terra.A clave é formar unha conexión eléctrica e unha conexión térmica estables e fiables ao soldar esta almofada ao PCB, se non, o sistema podería resultar gravemente danado.
As conexións eléctricas e térmicas óptimas para as almofadas expostas pódense conseguir seguindo tres pasos.En primeiro lugar, sempre que sexa posible, as almofadas expostas deben replicarse en cada capa de PCB, o que proporcionará unha conexión térmica máis grosa para todo o chan e, polo tanto, unha rápida disipación da calor, especialmente importante para dispositivos de alta potencia.No lado eléctrico, isto proporcionará unha boa conexión equipotencial para todas as capas de posta a terra.Ao replicar as almofadas expostas na capa inferior, pódese usar como punto de terra de desacoplamento e lugar para montar disipadores de calor.
A continuación, divide as almofadas expostas en varias seccións idénticas.A forma de taboleiro de xadrez é mellor e pódese conseguir mediante reixas cruzadas de pantalla ou máscaras de soldadura.Durante a montaxe de refluxo, non é posible determinar como flúe a pasta de soldadura para establecer a conexión entre o dispositivo e a PCB, polo que a conexión pode estar presente pero distribuída de forma desigual ou, peor aínda, a conexión é pequena e está situada na esquina.Dividir a almofada exposta en seccións máis pequenas permite que cada área teña un punto de conexión, garantindo así unha conexión fiable e uniforme entre o dispositivo e a PCB.
Finalmente, debe asegurarse de que cada sección teña unha conexión a terra por encima do burato.As áreas adoitan ser o suficientemente grandes como para albergar varias vías.Antes da montaxe, asegúrese de encher cada vía con pasta de soldadura ou epoxi.Este paso é importante para garantir que a pasta de soldadura da almofada exposta non flúe de novo nas cavidades das vías, o que doutro xeito reduciría as posibilidades dunha conexión adecuada.
O problema do acoplamento cruzado entre as capas do PCB
No deseño de PCB, o cableado de deseño dalgúns conversores de alta velocidade terá inevitablemente unha capa de circuíto cruzada con outra.Nalgúns casos, a capa analóxica sensible (potencia, terra ou sinal) pode estar directamente encima da capa dixital de alto ruído.A maioría dos deseñadores pensan que isto é irrelevante porque estas capas están situadas en capas diferentes.É este o caso?Vexamos unha proba sinxela.
Seleccione unha das capas adxacentes e inxecte un sinal a ese nivel e, a continuación, conecte as capas cruzadas a un analizador de espectro.Como podes ver, hai moitos sinais acoplados á capa adxacente.Mesmo cun espazamento de 40 mils, hai un sentido no que as capas adxacentes aínda forman unha capacitancia, polo que nalgunhas frecuencias o sinal aínda estará acoplado dunha capa a outra.
Asumindo que unha parte dixital de alto ruído nunha capa ten un sinal de 1 V desde un interruptor de alta velocidade, a capa non accionada verá un sinal de 1 mV acoplado desde a capa accionada cando o illamento entre as capas sexa de 60 dB.Para un conversor analóxico-dixital (ADC) de 12 bits cun swing a escala completa de 2Vp-p, isto significa 2LSB (bit menos significativo) de acoplamento.Para un sistema determinado, isto pode non ser un problema, pero hai que ter en conta que cando a resolución aumenta de 12 a 14 bits, a sensibilidade aumenta nun factor de catro e, polo tanto, o erro aumenta a 8LSB.
Ignorar o acoplamento entre planos e capas cruzadas pode non provocar que o deseño do sistema falle ou debilitar o deseño, pero hai que estar atento, xa que pode haber máis acoplamento entre as dúas capas do que se podería esperar.
Isto debe ser observado cando se atopa un acoplamento espurio de ruído dentro do espectro obxectivo.Ás veces, o cableado do deseño pode levar a sinais non desexados ou a un acoplamento cruzado de capas a diferentes capas.Teña isto en conta ao depurar sistemas sensibles: o problema pode estar na capa inferior.
O artigo está sacado da rede, se hai algunha infracción, póñase en contacto para eliminalo, grazas!
Hora de publicación: 27-Abr-2022