LDO'lar için düzen önerileri

1.8V, 3.3V ve 5.0V olmak üzere 3 voltajla çalışan dört katmanlı bir kart geliştiriyorum. Kartta aşağıdaki yığınlar vardır:

1. Sinyaller
2. Zemin
3. 3.3V
4. Sinyaller

Zemin ve 3.3V düzlem tamamen kırılmamış. Hiçbir sinyal veya güç izi dolaşmaz.

Güç sağlamak için üç LP38690DT LDO kullanıyorum - işte benim devrem.

Click burada büyük resim.

Benim endişem bu cihazların düzeni. Veri sayfası aşağıdakileri önerir

Bunu yapmanın en iyi yolu, CIN ve COUT'u cihazın yakınına VIN, VOUT ve toprak pinlerine kısa mesafelerle yerleştirmektir. Regülatör toprak pimi, regülatör ve kapasitörlerinin "tek nokta topraklaması" olacak şekilde harici devre> toprağa bağlanmalıdır.

Ben "tek nokta zemin" terimi ile biraz karıştı ama veri sayfasında yeteneğimin en iyi şekilde verilen tavsiyelere uymaya çalıştım - ama doğru olup olmadığımdan emin değilim:

Kırmızı metnin sadece buradaki kişilere açıklık getirmek için orada olduğunu unutmayın - daha sonra silerim. Her regülatör doğrudan kapasitörlere ve regülatörün toprak pimi doğrudan kapasitörün toprak pimine doğrudan bağlanır. Veri sayfasının yapmam gereken anlamı bu muydu?

Veri sayfası söylemeye devam ediyor

VIN'e giren ve VOUT'tan gelen izlerden yüksek akım geçtiği için Kelvin, kondansatör uçlarını> bu pimlere bağlar, böylece giriş ve çıkış kapasitörleri ile seri voltaj düşüşü olmaz.

Kelvin connect ne anlama geliyor? Kelvin Bağlantısının ne olduğunu biliyorum - anlamadığım şey LDO bağlamında ne anlama geldiğidir.

Üçüncü sorum üç düzenleyicinin hepsiyle ilgili. Bahsettiğim gibi, her IC, kapasitörlerini yer düzlemine bağlayan topraktan aynı yerden referans alıyor. Ancak, üç regülatörü de aynı topraklama noktasına bağlamalıyım, yani 3 regülatörün hepsi "tek topraklama noktasına / üzerinden" bağlanmalı mı?

Son olarak, giriş voltajı iki iletkende 6V ve diğer ikisinde GND taşıyan 4 noktalı bir delik konektörü tarafından beslenir. GND pimleri doğrudan zemin düzlemine bağlanır. Bu uygun mu veya GND pimlerini doğrudan kalın izler üzerinden regülatörlerin GND pimlerine bağlamalıyım?

NOT: düzen resmi, regülatörlerin çıkışına bağlı hiçbir şey göstermez. Tamamdır. Hala IC'lerimi güce bağlamam gerekiyor. AYRICA: regülatörlerin altındaki bordo rengi net değildir. Bu, Altium'un PCB düzeninde "Odalar" ı gösterme yoludur.

GÜNCEL ŞARTLAR

Akımın çoğu 5V beslemeden çekilir. 5V besleme, maks. 400 mA (arka ışık açıkken) - ama normalde 250mA civarında.

3.3V besleme, maks. 300mA (süreksiz) fakat normal olarak 150mA veya daha az.

1.8V, kartımın sahip olduğu CPLD'lerin çekirdeğinin kaynağıdır. Bunu tahmin edemedim ama ölçtüm. Başlangıçta, bu 30mA civarındaydı, ancak daha sonra 0mA'ya düştü. Ölçüm cihazım, akımı gerçekten ölçecek kadar hassas değildi. 200mA'nın bunun için güvenli bir bahis olacağını düşünüyorum.

GÜNCEL DÜZEN:

Umarım buradaki insanlar demek istiyordu. Büyük bir bakır dökmek mi yoksa üç ayrı mı dökmek zorunda olduğumdan emin değildim, bu yüzden 3 ayrı olanla gittim.

GÜNCELLEME DÜZENİ (tekrar):

Şimdi 3 bağımsız yerine dev bir bakır dökme yaptım. 3.3V voltajımı çoklu düzlemler kullanarak güç düzlemime nasıl bağlayacağımdan emin değildim, bu yüzden yukarıdaki girişimim. Küçük bir dolgu yaptım ve doğrudan çıkış kapasitöre bağladım. Oradan, her biri 25 mil büyüklüğünde, doğrudan güç düzlemime bağlanan 4 yol var. Bunu yapmanın daha iyi bir yolu var mı?

Dolgular ve diğer nesneler arasındaki boşluk yaklaşık 15 değirmendir. Bunu artırmalı mıyım?

Ama genel olarak GND'nin önemini çok fazla düşünüyorsunuz. Önemli, beni yanlış anlamayın. Sadece önemli olan başka şeyler de var ve GND'yi düzeltmek nispeten kolay.

Gerilimleri belirttiniz, akımı belirtmediniz. Akımı bilmeden, LDO'lar tarafından üretilen ısıyı bilmiyoruz. Ve ısı PCB'nin yerleştirilme şeklini büyük ölçüde etkileyecektir. Üretilen ısının önemsiz olduğunu varsayacağım.

İşte yapacağım şey ...

1. Kapakları 90 derece döndürün (bazen saat yönünde, bazen saat yönünün tersine). Yaptığınız şey, kapaklar GND pimlerini bir araya getirmek ve LDO'nun GND'si ile kapaklar arasındaki mesafeyi kısaltmaktır.
2. Tüm izlerini genişlet. En azından bağlandığı ped kadar geniş. Mümkünse birden fazla VIA kullanın.
3. + 6v izlerini "başka bir yere" koyun. PCB'nin arka tarafında veya LDO'ların sağında. Bu kısa bir süre için anlamlı olacaktır.
4. Üst tabakaya, her şeyin altına ve etrafına bir bakır düzlem koyun. Birden fazla VIA kullanarak bunu GND katmanına bağlayın. Çoğunlukla büyük GND pimi etrafında, LDO başına yaklaşık 10 vias kullanırdım. Hem LDO'ların hem de kapakların GND pimi, herhangi bir "termal rahatlama" olmadan doğrudan bu düzleme bağlanmalıdır. Bu düzlem makul büyüklükte olmalıdır, ancak kesin boyut mevcut alana ve LDO'ların ne kadar ısı vereceğine bağlıdır. LDO başına 1 veya 2 inç kare iyi bir başlangıçtır.

Bakır düzleminin iki nedeni vardır. 1. LDO'nun dağılması gereken yerlerinden gelen ısıyı verir. 2. Kapaklar ve LDO arasında düşük empedanslı bir yol sağlar.

Tüm yolların nedeni: 1. Isının bir kısmının GND katmanına aktarılmasına izin verir. 2. LDO'dan GND katmanına düşük empedanslı bir yol sağlar.

Ve daha yağlı izlerin ve çoklu yolların nedeni sadece daha düşük bir empedans yolu içindir.

Ancak sizi uyaracağım: Bunu yapmak LDO'ların elle lehimlenmesini zorlaştıracaktır. Bakır uçaklar + vanalar ısıyı havyadan emmek isteyecek ve lehim çok uzun süre erimeyecektir (eğer varsa). Daha sıcak bir havya kullanarak bunu biraz aşabilir veya önce tüm PCB'yi ısıtmak için bir ısı tabancası kullanarak daha iyi ama önceden ısıtın. Lehimi eritecek kadar ısıtmayın (bunun için normal ütünüzü kullanın). Tüm tahtayı önceden ısıtarak ütünüze olan talepler daha az olacaktır. IMHO, bu çok önemli değil ama farkında olmak ve plan yapmak için bir şey.

Bu yöntem aynı zamanda size veri sayfalarından söylediklerinizden çok daha iyi olan GND ile güzel bir bağlantı sağlayacaktır.

Orijinal posterdeki yeni bilgilere dayanarak güncelleme:

5v regülatörünüz 400 mA'da 6v ila 5v (1 voltluk bir düşüş) düşürüyor. Bu 0,4 watt ısı üretecek. 150 mA = 0,4 watt'ta 6v ila 3,3v. 200 mA = 0.84 watt'ta 6v ila 1.8v. Üç LDO'nun tamamı için toplam 1,64 watt. Bu çılgınca olmasa da, oldukça fazla ısı. Bunun nasıl soğutulacağına dikkat etmeniz gerektiği anlamına gelir, aksi takdirde aşırı ısınır. Bunu düzgün bir şekilde yapma yolundasınız.

Üç değil, tek bir uçak istiyorsunuz. Ve uçak mümkün olduğunca uzanmalıdır, LDO'ların kendilerinin alanının en az iki katı olmasını tavsiye ederim. Düzlem ne kadar büyük olursa, soğutma etkisi o kadar iyi olur. Uçak gerçekten büyükse, her inç kare için en az dört vias koymak isteyeceksiniz. Düzlemi paylaşarak, üç regülatör soğutmayı paylaşır. Bunu yapmadıysanız, diğer ikisi sadece sıcakken, bir regülatör gerçekten ısınabilir.

Yapabileceğiniz başka bir optimizasyon, + 6v'nin her LDO'ya nasıl geldiğiyle ilgilidir. Şu anda başlığın etrafında LDO'ya gidiyor. Sadece sarmadan doğrudan kapağa gitmesini sağlayın. Bu, daha kalın izler kullanmanıza ve işleri biraz daha kısa tutmanıza olanak tanır. Kapağın etrafına sarılan bu küçük miktardaki GND düzlemi zaten çok yardımcı olmuyor.

LDO'nun çıkışından bu gücün gittiği yere kadar çeşitli yollar isteyeceksiniz. Sadece sahip olduğunuz tek kişi değil.

"Kelvin connect" ile kastedilen: Vin ve Vout pinlerinin her birine iki ayrı iz koyun - sadece kapasitöre bağlanan bir "düşük akım" izi ve harici şeylere bir "yüksek akım" izi. Bu, mevcut anlamda şönt dirençlere çok benzer (ve aynı nedenlerle) , bu direncin her iki ucuna iki ayrı bağlantı içeren bir Kelvin bağlantısı kullanır .

Bunu zaten yapıyorsunuz ve zaten her şeyin altına sağlam bir zemin düzlemi koyuyorsunuz, bu yüzden PCB düzeniniz harika görünüyor.

Bu paket için "minimum" önerilen ayak izini kullandığınız anlaşılıyor - kişisel olarak çok daha fazla bakır kullanacağım, ancak belki de uygulamanız çok az ısı yayıyor, gerekli değil. a b

Birden fazla güç rayına sahip yaptığım tasarımlarda, genellikle bir güç rayına ihtiyaç duyan tüm parçalara ve başka bir yere diğer güce ihtiyaç duyan tüm parçalara sahibim, bu yüzden her voltaj regülatörünü ihtiyaç duyulan parçaların yakınına koydum o. ("Regüle edilmemiş" voltaj izi, tahta boyunca uzun bir yolla yılan açar ve yüz milivolt veya daha fazla düşerse "regüle" voltaj izi aynı olursa, tüm sıcak şeyleri birlikte paketlemekten kaçınır).

Kapakları regülatörün "ön hattına" koyarken, kapaklarımı regülatörün "kanadına" koydum. Bu, kapakların toprağını regülatörün gerçek toprak tırnağına yaklaştırırken Vin ve Vout kapaklarına Kelvin bağlantısına izin verir. Bonus olarak, artık regülatörün Vin pinine ulaşmak için kapakların etrafında "yılan" yapmanız gerekmeyecek.

Ayrıca alt tabakaya güzel bir büyük zemin pedi koydum ve bir grup vias ile bağladım. Üzerinde bir lehim maskesi olmaması için bunu bir ped yapmanız önemlidir (ya da sadece alt lehim katmanına bir boşluk bırakabilirsiniz, aynı şey). Lehim maskesi eksikliği hava ile termal iletkenliği artırır. Bunu üst ped ile yapmayın, ancak montajı daha zor hale getirebilir.

Güç konektörü ile ilgili olarak, doğrudan toprak düzlemine bağlarım. David'in dediği gibi, bir uçaktan daha büyük veya şişman olamazsınız. DÜZENLEME: Konektör regülatörlerden yalnızca bir veya iki inç uzakta değilse. Üst tabakada büyük bir yağ zemin izine ek olarak hala vias kullanardım. Bir ya da iki inçten daha fazla ve buna değmez, bu noktada iz muhtemelen olasılıklardan daha fazla empedansa sahip olacaktır.

CPLD çekirdek voltajı, 10 tanesi 50 MHz'de veya bunun gibi bir şey çalıştırmadıysanız, neredeyse kesinlikle 200 mA çekmeyecektir. Daha gerçekçi bir rakam elde etmek için veri sayfasındaki maksimum dinamik akıma bakın. Veya CPLD'leri olabildiğince hızlı ve sık sık geçiş yapacak ve mevcut tüketimi yeniden ölçecek şekilde programlayın (çekirdek mantık durumları değiştirmediği zaman herhangi bir akım tüketmez). Bulunan örnek Xilinx CPLD I, büyük ölçüde frekansa bağlı olan ve yüzlerce uA'dan düzinelerce mA'ya kadar değişen bir maksimum akıma sahipti.

1.8V regülatörü 3.3V regülatör çıkışından kademelendirmeyi düşünürüm. Bu, 1.8V regülatörlerin güç tüketimini, ilave akım ile 3.3V yayılımını artırmak pahasına% 65 azaltacaktır. Buna değip değmeyeceğini görmek için sayıları ezmelisiniz (genellikle daha küçük regülatör, büyük regülatörden daha az akım tüketir). Ama çok güzel bir bonus, düzenleyicileri basamaklandırdığınızda iki kat dalgalanma reddi elde etmenizdir.

Isı departmanındaki bir başka ipucu da kızılötesi termometreye yatırım yapmaktır (20 USD gibi). Bu, sıcaklık ölçümleri almak için harika bir yoldur, özellikle IC'lerin siyah yüzeyi genellikle büyük bir emisiviteye sahiptir. Ben genellikle "stres testi" ölçümleri almak için kasıtlı olarak gerekenden daha fazla kaynak kullanan özel bir firmware oluştururken, PCB'yi bir veya iki saat muhafazada bırakarak sabit durum sıcaklığına ulaştığından eminim.

Son olarak, tüm oda için devasa bir bakır dökmek size zarar vermeyecek olsa da, aynı voltajdaki iki regülatörü paralel olarak kullanıyorsanız, kötü bir fikir olurdu. Üretim toleransları nedeniyle, bir regülatör diğerinden daha sıcak olmaya başlar, bu da daha düşük bir empedansla sonuçlanır, bu da daha fazla akım anlamına gelir, bu da daha fazla ısı anlamına gelir, bu da daha fazla empedans anlamına gelir ... termal kaçak elde edene kadar. Bu, mevcut başvurunuzda bir endişe değildir, ancak gelecekte akılda tutulması gereken bir şeydir.

En iyi seçenek, her üç LDO'nun altına bir yer düzlemi koyun, Aldığınız yaklaşım bu olduğundan, her şey düzeninizden iyi görünüyor.

2. En İyi Seçenek, bir yer düzlemini düşürme yeteneğiniz yoksa bir yıldız yer ağı yapın.