Поради щодо макета для ЛДО

Я розробляю чотиришарову плату, яка живиться від 3 напруг - 1,8 В, 3,3 В і 5,0 В. Дошка має такий склад:

1. Сигнали
2. Земля
3. 3.3V
4. Сигнали

Земля та площина 3,3 В абсолютно нерозбиті. Ні сигналу, ні сліду живлення на них не проходить.

Я використовую три ЛДО LP38690DT для забезпечення живлення - ось моя схема.

Клацніть тут для збільшення зображення.

Мене хвилює компонування цих пристроїв. Технічний опис пропонує наступне

Найкращий спосіб зробити це - викласти CIN і COUT біля пристрою з короткими слідами на штифти VIN, VOUT та заземлення. Штифт заземлення регулятора повинен бути підключений до зовнішнього ланцюга> заземлення, щоб регулятор та його конденсатори мали "одноточну заземлення".

Мене дещо збентежив термін "єдиний бал", але я намагався дотримуватися порад, наведених у аркуші, якнайшвидше, - але я не впевнений, чи правильно я:

Зауважте, що текст червоного кольору є лише для того, щоб надати зрозумілість людям тут - я його потім видаляю. Кожен регулятор підключений безпосередньо до конденсаторів, а заземлюючий штифт регулятора підключений безпосередньо до заземлення контакту безпосередньо конденсатора. Це те, що мав би зробити лист даних?

Таблиця продовжує говорити

Оскільки високий струм протікає через сліди, що надходять у VIN і надходять від VOUT, Кельвін підключає конденсатор, веде до> цих штифтів, щоб не було падіння напруги послідовно з вхідними та вихідними конденсаторами.

Що означає підключення Кельвіна? Я знаю, що таке Кельвінове підключення - те, що я не розумію, що це означає в контексті LDO.

Моє третє питання стосується всіх трьох регуляторів. Як я вже згадував, кожен ІС посилається на землю з одного і того ж через те, що він з'єднує конденсатори до площини заземлення. Однак, чи слід підключати всі три регулятори до однієї точки заземлення, тобто всі 3 регулятори повинні підключатися до "єдиної точки заземлення / через"?

Нарешті, на вхідну напругу подається 4-точковий наскрізний отвір, який здійснює 6В на двох провідниках і GND на двох інших. Штифти GND безпосередньо з'єднані з земною площиною. Чи це нормально чи слід підключити штифти GND до штифтів GND регуляторів безпосередньо через товсті сліди?

ПРИМІТКА: на малюнку макета не відображається нічого, пов'язане з виходом регуляторів. Це нормально. Мені все ж доводиться підключати свої ІС до живлення. ТАКОЖ: бордовий колір під регуляторами не є сіткою. Це спосіб Altium показати "Номери" в макеті друкованої плати.

СУЧАСНІ ВИМОГИ

Більша частина струму здійснюється від напруги 5В. Блок живлення 5В підключається до РК-дисплея, на якому буде намальовано макс. 400 мА (при включеній підсвічуванні) - але зазвичай близько 250 мА.

Блок 3,3 В буде мати максимум. 300 мА (розривне), але зазвичай близько 150 мА або менше.

1,8 В - це джерело для серцевини CPLD, яке має моя плата. Я не зміг оцінити це, але я його виміряв. При запуску це було близько 30mA, але потім знизилося до 0mA. Мій лічильник, здається, був недостатньо чутливим, щоб насправді виміряти струм. Я вважаю, що 200mA було б безпечним для цього.

ОНОВЛЕНА РОЗМІСТА:

Я сподіваюся, що саме тут мали на увазі люди. Я не був впевнений, чи варто мені одну велику мідну заливку або три окремі, тому я пішов з 3 окремими.

ОНОВЛЕНА РОЗВИТКУ (знову):

Зараз я зробив одну гігантську мідну заливку замість 3 незалежних. Я не був впевнений, як підключити напругу 3,3 В до моєї площини живлення за допомогою декількох ВІА, тому вище це моя спроба. Я зробив невелику заливку і підключив її безпосередньо до мого вихідного конденсатора. Звідти я маю 4 віаси розміром по 25 млин, що підключаються безпосередньо до моєї площини живлення. Це кращий спосіб зробити це?

Зазор між заливками та іншими об'єктами становить близько 15 млин. Чи варто це збільшувати?

Але в цілому ви переосмислюєте важливість GND. Важливо, не зрозумійте мене неправильно. Просто є інші важливі речі, і виправити корекцію GND порівняно просто.

Ви вказали напруги, не вказали струм. Не знаючи струму, ми не знаємо тепла, яке генерується НДО. І тепло сильно впливатиме на те, як укладається друкована плата. Я припускаю, що вироблене тепло нетривіальне.

Ось що я б робив ...

1. Обертайте кришки на 90 градусів (іноді за годинниковою стрілкою, іноді проти годинникової стрілки). Що ви робите, це скласти шпильки GND на ковпачки та скоротити відстань між GND LDO та кришками.
2. Розширіть усі свої сліди. Принаймні настільки ж широкий, як накладка, до якої він підключається. Використовуйте кілька VIA, якщо можете.
3. Поставте сліди + 6v "десь ще". Або на задній стороні друкованої плати або праворуч від LDO. Це стане сенсом незабаром.
4. Покладіть мідну площину на верхній шар, під і навколо всієї справи. Підключіть це до шару GND за допомогою декількох VIA. Я б використав близько 10 віаз на LDO, в основному навколо величезного штифта GND. Штифт GND як LDO, так і ковпачків слід з'єднувати прямо з цією площиною, без жодного "теплового рельєфу". Ця площина повинна бути досить великою, хоча точний розмір залежить від наявного простору і від кількості теплоти, яку віддадуть ЛДО. 1 або 2 квадратних дюйма на LDO - це хороший початок.

Для мідної площини є дві причини. 1. Це дає тепло від місця LDO, щоб перейти в розсіювання. 2. Це забезпечує шлях низького опору між кришками та LDO.

Причиною всіх вірусів є: 1. Це дозволяє передавати частину тепла шару GND. 2. Він забезпечує шлях низького опору від LDO до шару GND.

А причина в товстіших слідах і безлічі віасів - просто в меншому шляху імпедансу.

Однак я попередитиму вас: якщо зробити це, буде важко паяти НДО вручну. Мідні літаки + віаси захочуть відсмоктувати тепло від паяльника, і припой не буде довго розплавлятися (якщо взагалі є). Досягнути цього можна дещо, скориставшись більш гарячим паяльником, а ще краще попередньо розігрійте речі, використовуючи тепловий пістолет, щоб спочатку прогріти всю PCB. Не нагрівайте його досить, щоб розплавити припой (використовуйте для цього звичайне залізо). Якщо попередньо підігріти всю дошку, вимоги до вашої праски будуть меншими. ІМХО, це не велика справа, але це щось, що слід знати і планувати.

Цей метод також дасть вам приємне з'єднання з GND, набагато краще, ніж все, що ви нам повідомили з таблиць.

Оновлення на основі нової інформації з оригінального плаката:

Ваш 5В-регулятор падає від 6 до 5 В (крапля на 1 вольт) при 400 мА. Це дозволить виробляти 0,4 Вт тепла. 6 В до 3,3 В при 150 мА = 0,4 Вт. 6 В до 1,8 В при 200 мА = 0,84 Вт. Всього 1,64 Вт для всіх трьох НДО. Хоча це не божевільно, це досить велика кількість тепла. Це означає, що ви повинні звернути увагу на те, як відбувається охолодження, інакше воно перегріється. Ви добре на шляху до того, щоб зробити це належним чином.

Ви хочете одного літака, а не трьох. І літак повинен простягатися наскільки це можливо, я рекомендую принаймні подвоїти площу самих LDO. Чим більше площина, тим краще охолоджуючий ефект. Якщо літак дійсно великий, то вам потрібно поставити принаймні чотири віаси на кожен квадратний дюйм. Поділившись площиною, три регулятори діляться охолодженням. Якщо ви цього не зробили, то один регулятор може дійсно нагрітися, а інші два - просто теплі.

Ще одна оптимізація, яку ви можете зробити, - це те, як + 6V надходить до кожного LDO. На даний момент він іде навколо шапки, до LDO. Просто потрібно перейти прямо в шапку, не загортаючись. Це дозволить вам використовувати більш товсті сліди і тримати речі трохи коротше. Ця невелика кількість літака GND, який обертається навколо шапки, все одно не допомагає.

Вам потрібно кілька віасів від виходу LDO до того місця, куди рухається ця потужність. Не тільки сингл, який ви маєте зараз.

Під терміном "Кельвін підключити" вони означають: Покладіть два окремі сліди на кожен штифт Vin і Vout - один слід "низького струму", який підключається тільки до конденсатора, і один слід "високого струму" до зовнішніх матеріалів. Це дуже схоже на (і з тих самих причин, що і), що застосовують кельвінові резистори поточного сенсу, використовують з'єднання Кельвіна з двома окремими з'єднаннями до кожного кінця резистора.

Ви вже робите це, і ви вже ставите суцільну площину основи під усе, так що ваш макет PCB виглядає чудово.

Схоже, ви використовуєте для цього пакету мінімальний рекомендований слід - особисто я б використовував набагато більше міді, але, можливо, ваш додаток розсіює так мало тепла, що це не потрібно. a b

У конструкціях, які я робив, які мають декілька силових рейок, у мене часто є всі деталі, які потребують одного силового рейки разом, і всі деталі, які потребують іншої потужності десь в іншому місці, тому я ставлю кожен регулятор напруги близько до частин, які потребують це. (Краще, якщо "нерегульований" слід напруги зміїть довгий шлях через плату і скине сто мілівольт або близько того, ніж якщо "регульований" слід напруги зробить те саме. Він також уникає пакування всіх гарячих речей разом).

Якщо ви ставите ковпачки на "передню лінію" регулятора, я надягаю ковпачки на "фланг" регулятора. Це ставить грунт ковпачків ближче до фактичної вкладки заземлення регулятора, в той же час дозволяючи кельвіновим підключенням до кришок Vin та Vout. Як бонус, вам більше не потрібно буде «зміїтись» навколо ковпачків, щоб більше дістатися до шпильки Vin регулятора.

Я також поклав гарний великий наземний майданчик на нижній шар і з'єднав його з купою віасів. Важливо, щоб ви зробили цю накладку, щоб на ній не було жодної маски припою (або ви могли просто нанести порожнечу на нижній шар припою, те саме). Відсутність паяльної маски покращує теплопровідність з повітрям. Не робіть цього за допомогою верхньої колодки, однак це може ускладнити збірку.

Що стосується роз'єму живлення, я би підключив його безпосередньо до заземлення. Як висловився Девід, ви не можете отримати більше, ніж площині, ніж літак. EDIT: Якщо, можливо, роз'єм не знаходиться на відстані дюйма або двох від регуляторів. Я б все-таки використовував віаси, крім великого жирного меленого сліду на верхньому шарі. Більше дюйму чи двох, і це не варто, в цей момент слід, мабуть, мав би більший опір, ніж віас.

Напруга в ядрі CPLD майже точно не складе 200 мА, якщо вам не сподобалося 10 з них на частоті 50 МГц або щось подібне. Знайдіть максимальний динамічний струм у таблиці, щоб отримати більш реалістичну цифру. Або запрограмуйте CPLD, щоб вони перемикалися якомога швидше та найчастіше та переоцінювали споживання струму (він не буде споживати жодного струму, коли основна логіка не змінює стани). На прикладі Xilinx CPLD, який я знайшов, був макс. Струм, який багато в чому залежить від частоти, і коливався від сотень уА до десятків мА.

Я б розглядав можливість каскадування регулятора 1,8 В від виходу регуляторів 3,3 В. Це зменшить споживання електроенергії регуляторів 1,8 В на 65% за рахунок збільшення розсіювання 3,3 В додатковим струмом. Вам слід розчавити цифри, щоб побачити, чи варто цього (зазвичай це коли менший регулятор споживає менше струму, ніж більший регулятор). Але дуже приємним бонусом є те, що ви отримуєте подвійне відхилення пульсацій, коли каскадуєте регулятори.

Ще одна порада в тепловому відділі - інвестувати в інфрачервоний термометр (вони коштують як 20 доларів США). Це чудовий спосіб отримати вимірювання температури, тим більше, що чорна поверхня ІМС часто має велику емісію. Я, як правило, створюю спеціальну прошивку, яка навмисно використовує більше ресурсів, ніж потрібно для того, щоб отримати вимірювання "стрес-тесту", залишаючи друковану плату в корпусі на годину-дві, щоб я був впевнений, що вона досягла стабільної температури.

Нарешті, хоча вам не зашкодить зробити одну гігантську мідну заливку для всієї кімнати, це було б поганою ідеєю, якби ви паралельно використовували два регулятори однакової напруги. Через допуски до виготовлення один регулятор почне нагріватися більше, ніж інший, внаслідок чого буде знижений імпеданс, а це означає більше струму, а це означає більше тепла, а це означає менший опір ... поки ви не отримаєте тепловий відтік. Це не викликає занепокоєння у вашій нинішній заявці, але слід пам’ятати про це в майбутньому.

Найкращий варіант, покладіть заземлення під усіма трьома НДО, оскільки саме такий підхід ви застосували, все виглядає добре з вашого планування.

Другий найкращий варіант, зробіть зіркову наземну мережу, якщо у вас немає можливості скинути земну площину.