Měly by být zemní vrstvy AGND a DGND odděleny?
Jednoduchá odpověď je, že záleží na situaci, a podrobná odpověď je, že obvykle nejsou odděleny.Protože ve většině případů oddělení zemní vrstvy pouze zvýší indukčnost zpětného proudu, což přináší více škody než užitku.Vzorec V = L(di/dt) ukazuje, že s rostoucí indukčností roste napěťový šum.A jak se zvyšuje spínací proud (protože se zvyšuje vzorkovací frekvence převodníku), bude se zvyšovat i napěťový šum.Proto by měly být zemnící vrstvy spojeny dohromady.
Příkladem je to, že v některých aplikacích, aby byly splněny tradiční požadavky na design, musí být v určitých oblastech umístěno špinavé napájení sběrnice nebo digitální obvody, ale také kvůli omezením velikosti, takže deska nemůže dosáhnout dobrého uspořádání rozdělení, v tomto Klíčem k dosažení dobrého výkonu je samostatná zemnící vrstva.Aby však bylo celkové provedení efektivní, musí být tyto zemnící vrstvy spolu někde na desce spojeny můstkem nebo spojovacím bodem.Připojovací body by proto měly být rovnoměrně rozmístěny po oddělených zemnících vrstvách.Nakonec bude často na desce plošných spojů spojovací bod, který se stane nejlepším místem pro průchod zpětného proudu, aniž by došlo ke snížení výkonu.Tento přípojný bod se obvykle nachází v blízkosti nebo pod převodníkem.
Při navrhování vrstev napájecího zdroje použijte všechny měděné stopy dostupné pro tyto vrstvy.Pokud je to možné, nedovolte, aby tyto vrstvy sdílely zarovnání, protože další zarovnání a prokovy mohou rychle poškodit vrstvu napájecího zdroje tím, že ji rozdělí na menší kousky.Výsledná řídká výkonová vrstva může stlačit proudové cesty tam, kde jsou nejvíce potřeba, konkrétně na napájecí piny převodníku.Stlačení proudu mezi prokovy a zarovnáním zvyšuje odpor, což způsobuje mírný pokles napětí na napájecích kolících převodníku.
Nakonec je rozhodující umístění vrstvy napájecího zdroje.Nikdy nepokládejte hlučnou digitální vrstvu napájecího zdroje na vrstvu analogového napájecího zdroje, protože by se tyto dvě vrstvy mohly stále spojit, i když jsou na různých vrstvách.Aby se minimalizovalo riziko snížení výkonu systému, návrh by měl tyto typy vrstev oddělovat spíše než je skládat dohromady, kdykoli je to možné.
Může být návrh systému dodávky energie (PDS) desky plošných spojů ignorován?
Konstrukčním cílem PDS je minimalizovat zvlnění napětí generované v reakci na poptávku napájecího proudu.Všechny obvody vyžadují proud, některé s vysokou spotřebou a jiné, které vyžadují proud dodávaný rychleji.Použití plně odděleného nízkoimpedančního napájení nebo zemní vrstvy a dobré laminace PCB minimalizuje zvlnění napětí v důsledku proudového požadavku obvodu.Pokud je například konstrukce navržena pro spínací proud 1A a impedance PDS je 10mΩ, maximální zvlnění napětí je 10mV.
Za prvé, struktura svazku desek plošných spojů by měla být navržena tak, aby podporovala větší vrstvy kapacity.Například šestivrstvá vrstva může obsahovat horní signální vrstvu, první zemní vrstvu, první výkonovou vrstvu, druhou výkonovou vrstvu, druhou zemnící vrstvu a spodní signálovou vrstvu.První zemnící vrstva a první napájecí vrstva jsou uspořádány tak, aby byly ve vzájemné těsné blízkosti ve vrstvené struktuře, a tyto dvě vrstvy jsou od sebe vzdáleny 2 až 3 mil, aby vytvořily vnitřní kapacitní odpor vrstvy.Velkou výhodou tohoto kondenzátoru je, že je zdarma a musí být specifikován v poznámkách k výrobě PCB.Pokud musí být vrstva napájení rozdělena a na stejné vrstvě je více napájecích kolejnic VDD, měla by být použita největší možná vrstva napájení.Nenechávejte prázdné otvory, ale dávejte pozor i na citlivé obvody.Tím se maximalizuje kapacita této vrstvy VDD.Pokud konstrukce umožňuje přítomnost dalších vrstev, měly by být mezi první a druhou vrstvu napájení umístěny dvě další zemnící vrstvy.V případě stejné vzdálenosti mezi jádry 2 až 3 mil, bude vlastní kapacita laminované struktury v tomto okamžiku dvojnásobná.
Pro ideální laminaci PCB by měly být použity oddělovací kondenzátory na počátečním vstupním bodě napájecí vrstvy a kolem zkoušeného zařízení, které zajistí nízkou impedanci PDS v celém frekvenčním rozsahu.Použití počtu 0,001µF až 100µF kondenzátorů pomůže pokrýt tento rozsah.Není nutné mít všude kondenzátory;dokovací kondenzátory přímo proti DUT poruší všechna výrobní pravidla.Pokud jsou zapotřebí taková přísná opatření, obvod má jiné problémy.
Význam exponovaných podložek (E-Pad)
Tento aspekt lze snadno přehlédnout, ale je zásadní pro dosažení nejlepšího výkonu a odvodu tepla návrhu desky plošných spojů.
Odkrytá podložka (Pin 0) označuje podložku pod nejmodernějšími vysokorychlostními integrovanými obvody a je to důležité spojení, přes které je veškeré vnitřní uzemnění čipu připojeno k centrálnímu bodu pod zařízením.Přítomnost odkryté podložky umožňuje mnoha převodníkům a zesilovačům eliminovat potřebu zemnícího kolíku.Klíčem je vytvoření stabilního a spolehlivého elektrického spojení a tepelného spojení při pájení této plošky na PCB, jinak by mohlo dojít k vážnému poškození systému.
Optimálního elektrického a tepelného spojení pro exponované podložky lze dosáhnout provedením tří kroků.Za prvé, pokud je to možné, měly by být exponované podložky replikovány na každé vrstvě PCB, což zajistí silnější tepelné spojení pro veškerou zem a tím rychlý odvod tepla, což je zvláště důležité pro zařízení s vysokým výkonem.Na elektrické straně to zajistí dobré ekvipotenciální spojení pro všechny zemnící vrstvy.Při replikaci odkrytých podložek na spodní vrstvě ji lze použít jako oddělovací zemnící bod a místo pro montáž chladičů.
Dále rozdělte exponované podložky na několik stejných částí.Šachovnicový tvar je nejlepší a lze jej dosáhnout křížovými mřížkami obrazovky nebo pájecími maskami.Během montáže přetavení není možné určit, jak pájecí pasta teče pro vytvoření spojení mezi zařízením a PCB, takže spojení může být přítomno, ale nerovnoměrně rozložené, nebo v horším případě je spojení malé a umístěné v rohu.Rozdělení odkryté podložky na menší části umožňuje, aby každá oblast měla spojovací bod, čímž je zajištěno spolehlivé a rovnoměrné spojení mezi zařízením a PCB.
Nakonec by mělo být zajištěno, že každá sekce má spojení se zemí přes otvor.Oblasti jsou obvykle dostatečně velké, aby pojaly více průchodů.Před montáží nezapomeňte naplnit každý průchod pájecí pastou nebo epoxidem.Tento krok je důležitý, aby se zajistilo, že odkrytá pájecí pasta na podložkách nestéká zpět do dutin prokovů, což by jinak snížilo šance na správné spojení.
Problém křížové vazby mezi vrstvami v DPS
Při návrhu desek plošných spojů bude zapojení některých vysokorychlostních měničů nevyhnutelně mít jednu obvodovou vrstvu křížově spojenou s druhou.V některých případech může být citlivá analogová vrstva (napájení, zem nebo signál) přímo nad digitální vrstvou s vysokým šumem.Většina návrhářů si myslí, že je to irelevantní, protože tyto vrstvy jsou umístěny na různých vrstvách.je to tento případ?Podívejme se na jednoduchý test.
Vyberte jednu ze sousedních vrstev a vneste signál na této úrovni, poté připojte vrstvy s křížovou vazbou ke spektrálnímu analyzátoru.Jak můžete vidět, existuje velmi mnoho signálů spojených se sousední vrstvou.I při rozestupu 40 mils existuje pocit, že sousední vrstvy stále tvoří kapacitu, takže při některých frekvencích bude signál stále spojen z jedné vrstvy do druhé.
Za předpokladu, že digitální část s vysokým šumem na vrstvě má 1V signál z vysokorychlostního přepínače, bude neřízená vrstva vidět 1mV signál spojený z řízené vrstvy, když je izolace mezi vrstvami 60 dB.Pro 12bitový analogově-digitální převodník (ADC) s 2Vp-p v plném rozsahu to znamená 2LSB (nejméně významný bit) vazby.Pro daný systém to nemusí být problém, ale je třeba si uvědomit, že při zvýšení rozlišení z 12 na 14 bitů se citlivost zvýší čtyřnásobně a tím se chyba zvýší na 8LSB.
Ignorování spojení napříč rovinou/mezi vrstvami nemusí způsobit selhání návrhu systému nebo jeho oslabení, ale je třeba zůstat ostražití, protože mezi dvěma vrstvami může být více spojení, než by se dalo očekávat.
To je třeba poznamenat, když je v cílovém spektru nalezena rušivá vazba šumu.Někdy může vedení uspořádání vést k nezamýšleným signálům nebo křížovému propojení vrstev do různých vrstev.Mějte to na paměti při ladění citlivých systémů: problém může spočívat ve vrstvě níže.
Článek je převzat ze sítě, pokud dojde k nějakému porušení, kontaktujte pro smazání, děkujeme!
Čas odeslání: 27. dubna 2022