Tư vấn bố cục cho LDO

Tôi đang phát triển một bảng bốn lớp được cung cấp bởi 3 điện áp - 1.8V, 3.3V và 5.0V. Bảng có stackup sau:

1. Tín hiệu
2. Đất
3. 3,3V
4. Tín hiệu

Mặt đất và mặt phẳng 3.3V hoàn toàn không bị phá vỡ. Không có tín hiệu hoặc dấu vết sức mạnh đi trên chúng.

Tôi đang sử dụng ba LDO LP38690DT để cung cấp năng lượng - đây là mạch của tôi.

Nhấn vào đây để hình ảnh lớn hơn.

Mối quan tâm của tôi là bố trí cho các thiết bị này. Bảng dữ liệu gợi ý như sau

Cách tốt nhất để làm điều này là bố trí CIN và COUT gần thiết bị có dấu vết ngắn đến các chân VIN, VOUT và chân đất. Chốt nối đất của bộ điều chỉnh phải được kết nối với mạch ngoài> nối đất để bộ điều chỉnh và tụ điện của nó có "một điểm nối đất".

Tôi đã hơi bối rối bởi thuật ngữ "một điểm duy nhất" nhưng tôi đã cố gắng làm theo lời khuyên trong bảng dữ liệu với khả năng tốt nhất của mình - nhưng tôi không chắc liệu mình có đúng không:

Lưu ý rằng văn bản màu đỏ chỉ ở đó để làm rõ cho những người ở đây - tôi sẽ xóa nó sau đó. Mỗi bộ điều chỉnh được kết nối trực tiếp với các tụ điện và chân nối đất của bộ điều chỉnh được kết nối trực tiếp với pin nối đất của tụ điện. Đây có phải là những gì datasheet có nghĩa là tôi nên làm?

Bảng dữ liệu tiếp tục nói

Do dòng điện cao chạy qua các dấu vết đi vào VIN và đến từ VOUT, Kelvin kết nối tụ điện dẫn đến> các chân này để không xảy ra sụt áp nối tiếp với các tụ điện đầu vào và đầu ra.

Kelvin kết nối có nghĩa là gì? Tôi biết Kết nối Kelvin là gì - điều tôi không hiểu là ý nghĩa của ngữ cảnh đối với LDO.

Câu hỏi thứ ba của tôi là liên quan đến cả ba cơ quan quản lý. Như tôi đã đề cập, mỗi IC đang tham chiếu mặt đất từ ​​cùng thông qua đó kết nối các tụ điện của nó với mặt phẳng mặt đất. Tuy nhiên, tôi có nên kết nối cả ba bộ điều chỉnh với cùng một điểm mặt đất tức là cả 3 bộ điều chỉnh có nên kết nối với "điểm tiếp đất / thông qua" không?

Cuối cùng, điện áp đầu vào được cung cấp bởi một đầu nối lỗ 4 điểm mang 6V trên hai dây dẫn và GND trên hai dây còn lại. Các chân GND được kết nối trực tiếp với mặt phẳng mặt đất. Điều này có ổn không hay tôi nên kết nối các chân GND với các chân GND của bộ điều chỉnh trực tiếp thông qua các dấu vết dày?

GHI CHÚ: hình ảnh bố trí không hiển thị bất cứ điều gì được kết nối với đầu ra của bộ điều chỉnh. Không sao đâu Tôi vẫn phải kết nối IC của mình với nguồn điện. CSONG: màu maroon bên dưới bộ điều chỉnh không phải là một mạng. Đây là cách của Altium để hiển thị "Rooms" trong bố cục PCB.

YÊU CẦU HIỆN TẠI

Hầu hết các dòng điện được rút ra từ nguồn cung cấp 5V. Nguồn cung cấp 5V kết nối với màn hình LCD sẽ thu được tối đa. 400mA (khi bật đèn nền) - nhưng thông thường khoảng 250mA.

Nguồn cung cấp 3,3V sẽ rút tối đa. 300mA (không liên tục) nhưng thông thường khoảng 150mA trở xuống.

1.8V là nguồn cung cấp cho cốt lõi của CPLD mà hội đồng quản trị của tôi có. Tôi không thể ước tính điều này nhưng tôi đã đo nó. Khi khởi động, khoảng 30mA nhưng sau đó giảm xuống còn 0mA. Đồng hồ của tôi, dường như, không đủ nhạy để thực sự đo dòng điện. Tôi nghĩ 200mA sẽ là một đặt cược an toàn cho việc này.

CẬP NHẬT LAYOUT:

Tôi hy vọng đây là những gì mọi người ở đây có nghĩa. Tôi không chắc là tôi nên đổ một đồng lớn hay ba cái riêng biệt nên tôi đã đi với 3 cái riêng biệt.

CẬP NHẬT LAYOUT (một lần nữa):

Bây giờ tôi đã thực hiện một lần đổ đồng khổng lồ thay vì 3 lần độc lập. Tôi không chắc chắn làm thế nào để kết nối điện áp 3,3V của tôi với mặt phẳng nguồn của tôi bằng nhiều vias vì vậy đây là nỗ lực của tôi. Tôi thực hiện một điền nhỏ và kết nối trực tiếp với tụ điện đầu ra của tôi. Từ đó tôi có 4 vias, mỗi kích thước 25 mill, kết nối trực tiếp với mặt phẳng sức mạnh của tôi. Đây có phải là một cách tốt hơn để làm điều đó?

Khoảng trống giữa các điền và các đối tượng khác là khoảng 15 nhà máy. Tôi có nên tăng cái này không?

Nhưng nhìn chung bạn đang suy nghĩ quá mức về tầm quan trọng của GND. Điều đó quan trọng, đừng hiểu sai ý tôi. Chỉ là có những thứ khác cũng quan trọng và việc GND chính xác là tương đối dễ dàng.

Bạn đã chỉ định điện áp, bạn đã không chỉ định hiện tại. Không biết hiện tại, chúng ta không biết nhiệt do LDO tạo ra. Và sức nóng sẽ ảnh hưởng lớn đến cách đặt PCB. Tôi sẽ giả định rằng nhiệt tạo ra là không tầm thường.

Đây là những gì tôi sẽ làm ...

1. Xoay mũ 90 độ (đôi khi theo chiều kim đồng hồ, đôi khi ngược chiều kim đồng hồ). Những gì bạn đang làm là đặt các nắp GND ghim lại với nhau và rút ngắn khoảng cách giữa GND của LDO và các nắp.
2. Làm cho tất cả các dấu vết của bạn rộng hơn. Ít nhất là rộng như miếng đệm mà nó đang kết nối. Sử dụng nhiều VIA nếu bạn có thể.
3. Đặt dấu vết + 6v "ở nơi khác". Ở mặt sau của PCB hoặc ở bên phải của LDO. Điều này sẽ có ý nghĩa trong thời gian ngắn.
4. Đặt một mặt phẳng đồng trên lớp trên cùng, bên dưới và xung quanh toàn bộ. Kết nối điều này với lớp GND bằng nhiều VIA. Tôi sẽ sử dụng khoảng 10 vias mỗi LDO, chủ yếu là xung quanh pin GND khổng lồ. Chân GND của cả LDO và mũ phải được kết nối với mặt phẳng này TRỰC TIẾP, mà không có bất kỳ "giảm nhiệt" nào. Mặt phẳng này phải lớn một cách hợp lý, mặc dù kích thước chính xác phụ thuộc vào không gian có sẵn và lượng nhiệt mà LDO sẽ tỏa ra. 1 hoặc 2 inch vuông cho mỗi LDO là một khởi đầu tốt.

Có hai lý do cho mặt phẳng đồng. 1. Nó mang lại sức nóng từ nơi nào đó của LDO sẽ bị tiêu tan. 2. Nó cung cấp một đường dẫn trở kháng thấp giữa các nắp và LDO.

Lý do cho tất cả các vias là: 1. Nó cho phép một phần nhiệt được truyền đến lớp GND. 2. Nó cung cấp một đường dẫn trở kháng thấp từ LDO đến lớp GND.

Và lý do cho các dấu vết béo hơn và nhiều vias chỉ đơn giản là cho một đường dẫn trở kháng thấp hơn.

Tôi sẽ cảnh báo bạn, tuy nhiên: Làm điều này sẽ khiến việc hàn tay của LDO trở nên khó khăn. Các mặt phẳng đồng + vias sẽ muốn hút nhiệt ra khỏi bàn hàn và chất hàn sẽ không bị nóng chảy quá lâu (nếu có). Bạn có thể khắc phục điều này bằng cách sử dụng bàn ủi hàn nóng hơn, hoặc tốt hơn là làm nóng trước bằng cách sử dụng súng nhiệt để làm nóng toàn bộ PCB trước. Đừng để nó đủ nóng để làm tan chảy chất hàn (sử dụng bàn ủi bình thường của bạn cho điều đó). Bằng cách làm nóng trước toàn bộ bảng, các yêu cầu đặt trên bàn ủi của bạn sẽ ít hơn. IMHO, đây không phải là một vấn đề lớn nhưng đó là điều cần lưu ý và lên kế hoạch.

Phương pháp này cũng sẽ cung cấp cho bạn một kết nối tốt với GND, tốt hơn bất cứ điều gì bạn đã nói với chúng tôi từ bảng dữ liệu.

Cập nhật, dựa trên thông tin mới từ poster gốc:

Bộ điều chỉnh 5v của bạn đang giảm 6v xuống 5v (giảm 1 volt) ở 400 mA. Điều này sẽ tạo ra 0,4 watt nhiệt. 6v đến 3,3v ở 150 mA = 0,4 watt. 6v đến 1,8v ở 200 mA = 0,84 watt. Tổng cộng 1,64 watt cho cả ba LDO. Trong khi điều này không điên rồ, nó là một lượng nhiệt khá lớn. Có nghĩa là bạn phải chú ý đến việc làm thế nào để làm mát nếu không nó sẽ quá nóng. Bạn đang trên đường hoàn thành công việc đúng cách.

Bạn muốn một mặt phẳng duy nhất, không phải ba. Và máy bay nên mở rộng hết mức có thể, tôi khuyên bạn nên ít nhất gấp đôi diện tích của chính LDO. Mặt phẳng càng lớn thì hiệu quả làm mát càng tốt. Nếu máy bay thực sự lớn thì bạn sẽ muốn đặt ít nhất bốn vias cho mỗi inch vuông. Bằng cách chia sẻ máy bay, ba cơ quan quản lý đang chia sẻ việc làm mát. Nếu bạn không làm điều này thì một bộ điều chỉnh có thể thực sự nóng trong khi hai bộ kia chỉ ấm.

Một tối ưu hóa khác mà bạn có thể làm là với cách + 6v xuất hiện trong mỗi LDO. Tại thời điểm nó đi xung quanh nắp, đến LDO. Chỉ cần có nó đi thẳng vào nắp, mà không quấn quanh. Điều này sẽ cho phép bạn sử dụng dấu vết dày hơn và giữ mọi thứ ngắn hơn một chút. Một lượng nhỏ mặt phẳng GND quấn quanh nắp dù sao cũng không giúp được gì nhiều.

Bạn sẽ muốn một vài vias từ đầu ra của LDO đến bất cứ nơi nào có sức mạnh đó. Không chỉ là thông qua duy nhất mà bạn có bây giờ.

Theo "Kelvin kết nối", chúng có nghĩa là: Đặt hai dấu vết riêng biệt cho mỗi chân Vin và Vout - một dấu vết "dòng điện thấp" chỉ kết nối với tụ điện và một dấu vết "dòng điện cao" với vật liệu bên ngoài. Điều này rất giống với (và vì những lý do tương tự như) điện trở shunt cảm giác hiện tại sử dụng kết nối Kelvin với hai kết nối riêng biệt với mỗi đầu của điện trở đó.

Bạn đã làm điều đó và bạn đã đặt một mặt phẳng vững chắc bên dưới mọi thứ, vì vậy bố cục PCB của bạn trông rất tuyệt.

Có vẻ như bạn đang sử dụng dấu chân được đề xuất "tối thiểu" cho gói này - cá nhân tôi sẽ sử dụng nhiều đồng hơn, nhưng có lẽ ứng dụng của bạn tiêu tan rất ít nhiệt nên không cần thiết. một b

Trong các thiết kế tôi đã thực hiện có nhiều đường ray điện, tôi thường có tất cả các bộ phận cần một đường ray điện với nhau và tất cả các bộ phận cần nguồn điện khác ở một nơi khác, vì vậy tôi đặt mỗi bộ ổn áp gần với các bộ phận cần nó (Sẽ tốt hơn nếu dấu vết điện áp "không được kiểm soát" di chuyển một quãng đường dài trên bảng và giảm một trăm millivolt hoặc hơn so với nếu dấu vết điện áp "được quy định" làm như vậy. Nó cũng tránh việc đóng gói tất cả những thứ nóng lại với nhau).

Trong khi bạn đặt mũ ở "tiền tuyến" của bộ điều chỉnh, tôi đặt mũ của tôi vào "sườn" của bộ điều chỉnh. Điều này đặt mặt đất của các nắp gần với tab mặt đất thực tế của bộ điều chỉnh, trong khi vẫn cho phép kết nối Kelvin với các nắp Vin và Vout. Như một phần thưởng, bạn sẽ không cần phải "rắn" quanh mũ để đến chân Vin của cơ quan quản lý nữa.

Tôi cũng đặt một miếng đất lớn đẹp ở lớp dưới cùng và kết nối nó với một bó vias. Điều quan trọng là bạn phải làm cho nó một miếng đệm để nó không có mặt nạ hàn nào trên đó (hoặc bạn có thể đặt một khoảng trống trên lớp hàn dưới cùng, điều tương tự). Việc thiếu mặt nạ hàn giúp cải thiện độ dẫn nhiệt với không khí. Đừng làm điều này với miếng đệm trên cùng, tuy nhiên, nó có thể làm cho việc lắp ráp khó khăn hơn.

Về đầu nối nguồn, tôi sẽ kết nối trực tiếp với mặt phẳng mặt đất. Như David nói, bạn không thể lớn hơn hay béo hơn máy bay. EDIT: Trừ khi có lẽ đầu nối chỉ cách các bộ điều chỉnh một hoặc hai inch. Tôi vẫn sẽ sử dụng vias, ngoài một dấu vết lớn trên mặt đất. Hơn một hoặc hai inch và nó không có giá trị, tại thời điểm đó, dấu vết có thể có trở kháng nhiều hơn vias.

Điện áp lõi CPLD gần như chắc chắn sẽ không rút ra 200 mA trừ khi bạn có 10 cái trong số chúng chạy ở tần số 50 MHz hoặc tương tự. Tra cứu dòng động tối đa trong biểu dữ liệu để có được con số thực tế hơn. Hoặc lập trình các CPLD để chuyển đổi nhanh và thường xuyên nhất có thể và đo lại mức tiêu thụ hiện tại (nó sẽ không tiêu thụ bất kỳ dòng điện nào khi logic lõi không thay đổi trạng thái). Ví dụ CPL Xilinx mà tôi tìm thấy có dòng điện tối đa phụ thuộc phần lớn vào tần số và thay đổi từ hàng trăm uA đến hàng chục mA.

Tôi sẽ xem xét xếp tầng điều chỉnh 1.8V ra khỏi đầu ra của bộ điều chỉnh 3.3V. Điều này sẽ cắt giảm mức tiêu thụ điện của bộ điều chỉnh 1.8V xuống 65%, với chi phí tăng mức tiêu tán 3,3V bằng dòng điện bổ sung. Bạn nên bẻ các con số để xem điều này có đáng không (thường là khi bộ điều chỉnh nhỏ hơn tiêu thụ ít dòng điện hơn bộ điều chỉnh lớn hơn). Nhưng một phần thưởng rất hay là bạn nhận được gấp đôi sự từ chối của Ripple khi bạn xếp tầng cho các nhà quản lý.

Một mẹo khác trong bộ phận nhiệt là đầu tư vào một nhiệt kế hồng ngoại (chúng có giá 20 USD). Đây là một cách tuyệt vời để có được các phép đo nhiệt độ, đặc biệt là vì bề mặt màu đen của IC thường có độ phát xạ lớn. Tôi thường tạo phần sụn đặc biệt cố tình sử dụng nhiều tài nguyên hơn mức cần thiết để có được các phép đo "kiểm tra căng thẳng", trong khi để PCB trong vỏ bọc trong một hoặc hai giờ để tôi tự tin rằng nó đạt đến nhiệt độ ổn định.

Cuối cùng, trong khi điều đó sẽ không làm bạn tổn thương khi đổ một lượng đồng khổng lồ cho toàn bộ căn phòng, đây sẽ là một ý tưởng tồi nếu bạn sử dụng song song hai bộ điều chỉnh có cùng điện áp. Do dung sai chế tạo, một bộ điều chỉnh sẽ bắt đầu nóng hơn bộ kia, dẫn đến trở kháng thấp hơn, có nghĩa là nhiều dòng điện hơn, có nghĩa là nhiều nhiệt hơn, có nghĩa là trở kháng thấp hơn ... cho đến khi bạn chạy trốn nhiệt. Đó không phải là một mối quan tâm trong ứng dụng hiện tại của bạn nhưng nó là điều cần lưu ý trong tương lai.

Tùy chọn tốt nhất, đặt một mặt phẳng mặt đất bên dưới cả ba LDO, vì đó là cách tiếp cận bạn đã thực hiện, mọi thứ có vẻ tốt từ cách bố trí của bạn.

Lựa chọn tốt nhất thứ 2, thực hiện mạng lưới mặt đất sao nếu bạn không có khả năng thả máy bay mặt đất.