Trebaju li AGND i DGND slojevi tla biti odvojeni?
Jednostavan odgovor je da to ovisi o situaciji, a detaljan odgovor je da se obično ne razdvajaju.Jer u većini slučajeva odvajanje sloja uzemljenja samo će povećati induktivitet povratne struje, što donosi više štete nego koristi.Formula V = L(di/dt) pokazuje da kako se induktivitet povećava, šum napona raste.A kako se struja prebacivanja povećava (jer se povećava brzina uzorkovanja pretvarača), šum napona će također rasti.Stoga, slojeve uzemljenja treba spojiti zajedno.
Primjer je da se u nekim primjenama, kako bi se zadovoljili tradicionalni zahtjevi dizajna, prljavo napajanje sabirnice ili digitalni sklopovi moraju postaviti u određena područja, ali također zbog ograničenja veličine, zbog čega ploča ne može postići dobru particiju rasporeda, u ovom slučaju, odvojeni sloj uzemljenja je ključ za postizanje dobrih performansi.Međutim, kako bi cjelokupni dizajn bio učinkovit, ovi slojevi uzemljenja moraju biti spojeni zajedno negdje na ploči mostom ili spojnom točkom.Stoga spojne točke trebaju biti ravnomjerno raspoređene po odvojenim slojevima uzemljenja.U konačnici, često će postojati spojna točka na tiskanoj ploči koja postaje najbolje mjesto za povratnu struju kroz koju prolazi bez prouzročenja degradacije performansi.Ta spojna točka obično se nalazi blizu ili ispod pretvarača.
Prilikom projektiranja slojeva napajanja, koristite sve bakrene tragove dostupne za te slojeve.Ako je moguće, nemojte dopustiti da ovi slojevi dijele poravnanja, jer dodatna poravnanja i otvori mogu brzo oštetiti sloj napajanja tako što će ga podijeliti na manje dijelove.Rezultirajući rijedak sloj napajanja može istisnuti strujne putove do mjesta gdje su najpotrebniji, naime na pinove napajanja pretvarača.Stiskanje struje između vias i poravnanja povećava otpor, uzrokujući lagani pad napona na pinovima napajanja pretvarača.
Konačno, postavljanje sloja napajanja je kritično.Nikada ne stavljajte bučni sloj digitalnog napajanja na vrh analognog sloja napajanja, jer bi se ta dva ipak mogla spojiti iako su na različitim slojevima.Kako bi se rizik od degradacije performansi sustava sveo na najmanju moguću mjeru, dizajn bi trebao odvojiti ove vrste slojeva umjesto da ih slaže zajedno kad god je to moguće.
Može li se zanemariti dizajn PCB sustava za isporuku energije (PDS)?
Cilj dizajna PDS-a je minimizirati valovitost napona koja se stvara kao odgovor na potražnju struje napajanja.Svi krugovi zahtijevaju struju, neki s velikom potražnjom, a drugi koji zahtijevaju da se struja daje većom brzinom.Korištenje potpuno odvojenog sloja napajanja niske impedancije ili sloja uzemljenja i dobre PCB laminacije minimizira valovitost napona zbog trenutne potražnje kruga.Na primjer, ako je dizajn dizajniran za sklopnu struju od 1 A, a impedancija PDS-a je 10 mΩ, maksimalna valovitost napona je 10 mV.
Prvo, struktura PCB skupa trebala bi biti dizajnirana da podržava veće slojeve kapaciteta.Na primjer, šestoslojni stog može sadržavati gornji sloj signala, prvi sloj uzemljenja, prvi sloj napajanja, drugi sloj napajanja, drugi sloj uzemljenja i donji sloj signala.Prvi sloj uzemljenja i prvi sloj za napajanje predviđeni su tako da budu u neposrednoj blizini jedan drugome u naslaganoj strukturi, a ova dva sloja su razmaknuta 2 do 3 mile da formiraju intrinzični slojni kapacitet.Velika prednost ovog kondenzatora je što je besplatan i treba ga samo navesti u bilješkama o proizvodnji PCB-a.Ako se sloj napajanja mora podijeliti i postoji više VDD tračnica napajanja na istom sloju, trebao bi se koristiti najveći mogući sloj napajanja.Ne ostavljajte prazne rupe, ali obratite pozornost i na osjetljive sklopove.Ovo će maksimalno povećati kapacitet tog VDD sloja.Ako dizajn dopušta prisutnost dodatnih slojeva, dva dodatna sloja uzemljenja trebaju biti postavljena između prvog i drugog sloja napajanja.U slučaju istog razmaka jezgri od 2 do 3 mila, svojstvena kapacitivnost laminirane strukture će se u ovom trenutku udvostručiti.
Za idealnu laminaciju PCB-a, potrebno je koristiti kondenzatore za razdvajanje na početnoj ulaznoj točki sloja napajanja i oko DUT-a, što će osigurati nisku impedanciju PDS-a u cijelom frekvencijskom rasponu.Korištenje niza kondenzatora od 0,001 µF do 100 µF pomoći će u pokrivanju ovog raspona.Nije nužno posvuda imati kondenzatore;spajanje kondenzatora izravno na DUT prekršit će sva pravila proizvodnje.Ako su potrebne tako stroge mjere, krug ima drugih problema.
Važnost izloženih jastučića (E-Pad)
Ovaj aspekt je lako zanemariti, ali je ključan za postizanje najboljih performansi i rasipanja topline PCB dizajna.
Izložena pločica (Pin 0) odnosi se na pločicu ispod većine modernih brzih IC-ova i važna je veza preko koje je svo unutarnje uzemljenje čipa povezano sa središnjom točkom ispod uređaja.Prisutnost izložene podloge omogućuje mnogim pretvaračima i pojačalima da eliminiraju potrebu za pinom za uzemljenje.Ključ je stvoriti stabilnu i pouzdanu električnu vezu i toplinsku vezu prilikom lemljenja ove pločice na tiskanu ploču, inače bi se sustav mogao ozbiljno oštetiti.
Optimalne električne i toplinske veze za izložene jastučiće mogu se postići slijedeći tri koraka.Prvo, gdje je to moguće, izložene jastučiće treba replicirati na svakom PCB sloju, što će osigurati deblju toplinsku vezu za sve uzemljenje i time brzo odvođenje topline, posebno važno za uređaje velike snage.S električne strane, ovo će osigurati dobru ekvipotencijalnu vezu za sve slojeve uzemljenja.Prilikom repliciranja izloženih jastučića na donjem sloju, može se koristiti kao točka za odvajanje uzemljenja i mjesto za montiranje hladnjaka.
Zatim podijelite izložene jastučiće na više identičnih dijelova.Oblik šahovnice je najbolji i može se postići križnim rešetkama zaslona ili maskama za lemljenje.Tijekom reflow montaže nije moguće odrediti kako pasta za lemljenje teče da bi se uspostavila veza između uređaja i PCB-a, tako da veza može biti prisutna, ali neravnomjerno raspoređena, ili još gore, veza je mala i nalazi se u kutu.Dijeljenje izložene ploče na manje dijelove omogućuje svakom području da ima točku povezivanja, čime se osigurava pouzdana, ravnomjerna veza između uređaja i PCB-a.
Na kraju, treba osigurati da svaki odjeljak ima spoj iznad rupe s uzemljenjem.Područja su obično dovoljno velika da drže više otvora.Prije sastavljanja, svakako ispunite svaki otvor pastom za lemljenje ili epoksidom.Ovaj je korak važan kako bi se osiguralo da izložena pasta za lemljenje jastučića ne teče natrag u šupljine otvora, što bi inače smanjilo šanse za pravilno spajanje.
Problem križnog spajanja između slojeva u PCB-u
U dizajnu PCB-a, raspored ožičenja nekih brzih pretvarača neizbježno će imati jedan sloj kruga unakrsno spojen s drugim.U nekim slučajevima, osjetljivi analogni sloj (napajanje, uzemljenje ili signal) može biti izravno iznad digitalnog sloja s visokim šumom.Većina dizajnera smatra da je to nevažno jer se ti slojevi nalaze na različitim slojevima.Je li to slučaj?Pogledajmo jednostavan test.
Odaberite jedan od susjednih slojeva i ubacite signal na toj razini, a zatim spojite unakrsno povezane slojeve na analizator spektra.Kao što vidite, postoji mnogo signala povezanih sa susjednim slojem.Čak i s razmakom od 40 mil, postoji osjećaj da susjedni slojevi i dalje tvore kapacitet, tako da će na nekim frekvencijama signal i dalje biti spregnut iz jednog sloja u drugi.
Pod pretpostavkom da visokošumni digitalni dio na sloju ima signal od 1 V iz prekidača velike brzine, nepokrenuti sloj će vidjeti signal od 1 mV spojen s potaknutog sloja kada je izolacija između slojeva 60 dB.Za 12-bitni analogno-digitalni pretvarač (ADC) s 2Vp-p punim zamahom, to znači 2LSB (bit najmanjeg značaja) sprege.Za određeni sustav to možda i nije problem, ali treba napomenuti da kada se rezolucija poveća sa 12 na 14 bita, osjetljivost se povećava za faktor četiri i time se pogreška povećava na 8LSB.
Ignoriranje spajanja između ravnina/slojeva možda neće uzrokovati neuspjeh dizajna sustava ili oslabiti dizajn, ali treba ostati na oprezu, budući da između dva sloja može doći do većeg spajanja nego što bi se moglo očekivati.
Ovo treba imati na umu kada se unutar ciljanog spektra pronađe lažno spajanje šuma.Ponekad raspored ožičenja može dovesti do neželjenih signala ili unakrsnog spajanja slojeva na različite slojeve.Imajte ovo na umu kada otklanjate pogreške u osjetljivim sustavima: problem može ležati u sloju ispod.
Članak je preuzet s mreže, ako postoji bilo kakva povreda, kontaktirajte za brisanje, hvala!
Vrijeme objave: 27. travnja 2022