Gli strati di base AGND e DGND dovrebbero essere separati?
La risposta semplice è che dipende dalla situazione, mentre la risposta dettagliata è che di solito non sono separati.Perché nella maggior parte dei casi, la separazione dello strato di terra non farà altro che aumentare l'induttanza della corrente di ritorno, il che arreca più danni che benefici.La formula V = L(di/dt) mostra che all'aumentare dell'induttanza aumenta il rumore di tensione.E all'aumentare della corrente di commutazione (perché aumenta la frequenza di campionamento del convertitore), aumenterà anche il rumore di tensione.Pertanto, gli strati di terra dovrebbero essere collegati insieme.
Un esempio è che in alcune applicazioni, per soddisfare i requisiti di progettazione tradizionali, l'alimentazione del bus sporco o i circuiti digitali devono essere posizionati in determinate aree, ma anche a causa dei vincoli dimensionali, rendendo la scheda non in grado di ottenere una buona partizione del layout, in questo caso In questo caso, uno strato di messa a terra separato è la chiave per ottenere buone prestazioni.Tuttavia, affinché il progetto complessivo sia efficace, questi strati di messa a terra devono essere collegati insieme da qualche parte sulla scheda tramite un ponte o un punto di connessione.Pertanto, i punti di connessione dovrebbero essere distribuiti uniformemente sugli strati di terra separati.In definitiva, ci sarà spesso un punto di connessione sul PCB che diventa la posizione migliore per il passaggio della corrente di ritorno senza causare un degrado delle prestazioni.Questo punto di connessione si trova solitamente vicino o sotto il convertitore.
Quando si progettano gli strati di alimentazione, utilizzare tutte le tracce di rame disponibili per questi strati.Se possibile, non consentire a questi livelli di condividere gli allineamenti, poiché ulteriori allineamenti e vie possono danneggiare rapidamente lo strato di alimentazione dividendolo in parti più piccole.Lo strato di potenza sparso risultante può comprimere i percorsi di corrente dove sono più necessari, vale a dire i pin di potenza del convertitore.Comprimendo la corrente tra i via e gli allineamenti si aumenta la resistenza, provocando una leggera caduta di tensione sui pin di alimentazione del convertitore.
Infine, il posizionamento dello strato di alimentazione è fondamentale.Non sovrapporre mai uno strato di alimentazione digitale rumoroso sopra uno strato di alimentazione analogico, altrimenti i due potrebbero comunque accoppiarsi anche se si trovano su strati diversi.Per ridurre al minimo il rischio di degrado delle prestazioni del sistema, la progettazione dovrebbe separare questi tipi di livelli anziché impilarli insieme quando possibile.
È possibile ignorare la progettazione del sistema di erogazione di potenza (PDS) di un PCB?
L'obiettivo di progettazione di un PDS è ridurre al minimo l'ondulazione di tensione generata in risposta alla richiesta di corrente dell'alimentatore.Tutti i circuiti richiedono corrente, alcuni con una richiesta elevata e altri che richiedono che la corrente venga fornita a una velocità maggiore.L'utilizzo di uno strato di alimentazione o di terra a bassa impedenza completamente disaccoppiato e una buona laminazione del PCB riducono al minimo l'ondulazione di tensione dovuta alla richiesta di corrente del circuito.Ad esempio, se il progetto è progettato per una corrente di commutazione di 1 A e l'impedenza del PDS è 10 mΩ, l'ondulazione massima di tensione è 10 mV.
Innanzitutto, una struttura stack di PCB dovrebbe essere progettata per supportare strati di capacità più grandi.Ad esempio, uno stack a sei strati potrebbe contenere uno strato di segnale superiore, un primo strato di massa, un primo strato di potenza, un secondo strato di potenza, un secondo strato di massa e uno strato di segnale inferiore.È previsto che il primo strato di massa e il primo strato di alimentazione siano in stretta prossimità l'uno all'altro nella struttura impilata, e questi due strati sono distanziati di 2-3 mil l'uno dall'altro per formare una capacità di strato intrinseca.Il grande vantaggio di questo condensatore è che è gratuito e necessita solo di essere specificato nelle note di produzione del PCB.Se il livello di alimentazione deve essere suddiviso e sono presenti più binari di alimentazione VDD sullo stesso livello, è necessario utilizzare il livello di alimentazione più grande possibile.Non lasciare buchi vuoti, ma prestare attenzione anche ai circuiti sensibili.Ciò massimizzerà la capacità di quello strato VDD.Se il progetto prevede la presenza di strati aggiuntivi, è necessario posizionare due strati di messa a terra aggiuntivi tra il primo e il secondo strato di alimentazione.Nel caso della stessa spaziatura dei nuclei compresa tra 2 e 3 mil, la capacità intrinseca della struttura laminata verrà raddoppiata in questo momento.
Per una laminazione PCB ideale, è necessario utilizzare condensatori di disaccoppiamento nel punto di ingresso iniziale dello strato di alimentazione e attorno al DUT, in modo da garantire che l'impedenza PDS sia bassa sull'intero intervallo di frequenze.L'uso di un numero di condensatori da 0,001 µF a 100 µF aiuterà a coprire questo intervallo.Non è necessario avere condensatori ovunque;l'aggancio diretto dei condensatori al DUT infrangerà tutte le regole di produzione.Se sono necessarie misure così severe, il circuito ha altri problemi.
L'importanza dei cuscinetti esposti (E-Pad)
Questo è un aspetto facile da trascurare, ma è fondamentale per ottenere le migliori prestazioni e dissipazione del calore del progetto PCB.
Il pad esposto (pin 0) si riferisce a un pad sotto la maggior parte dei moderni circuiti integrati ad alta velocità ed è una connessione importante attraverso la quale tutta la messa a terra interna del chip è collegata a un punto centrale sotto il dispositivo.La presenza di un pad esposto consente a molti convertitori e amplificatori di eliminare la necessità di un pin di terra.La chiave è creare una connessione elettrica e termica stabile e affidabile durante la saldatura di questo pad al PCB, altrimenti il sistema potrebbe essere gravemente danneggiato.
È possibile ottenere collegamenti elettrici e termici ottimali per i cuscinetti esposti seguendo tre passaggi.Innanzitutto, ove possibile, i pad esposti dovrebbero essere replicati su ogni strato del PCB, il che fornirà una connessione termica più spessa per tutta la massa e quindi una rapida dissipazione del calore, particolarmente importante per i dispositivi ad alta potenza.Dal punto di vista elettrico, ciò fornirà una buona connessione equipotenziale per tutti gli strati di messa a terra.Quando si replicano i pad esposti sullo strato inferiore, è possibile utilizzarlo come punto di messa a terra di disaccoppiamento e come punto in cui montare i dissipatori di calore.
Successivamente, dividi i pad esposti in più sezioni identiche.La forma a scacchiera è la migliore e può essere ottenuta mediante griglie incrociate o maschere di saldatura.Durante l'assemblaggio a rifusione, non è possibile determinare come scorre la pasta saldante per stabilire la connessione tra il dispositivo e il PCB, quindi la connessione potrebbe essere presente ma distribuita in modo non uniforme o, peggio, la connessione è piccola e posizionata all'angolo.La divisione del pad esposto in sezioni più piccole consente a ciascuna area di avere un punto di connessione, garantendo così una connessione affidabile e uniforme tra il dispositivo e il PCB.
Infine, occorre garantire che ciascuna sezione abbia un collegamento a terra tramite over-hole.Le aree sono generalmente abbastanza grandi da contenere più via.Prima del montaggio, assicurarsi di riempire ciascuna via con pasta saldante o resina epossidica.Questo passaggio è importante per garantire che la pasta saldante esposta non rifluisca nelle cavità dei via, riducendo altrimenti le possibilità di una connessione corretta.
Il problema dell'accoppiamento incrociato tra gli strati del PCB
Nella progettazione PCB, il cablaggio del layout di alcuni convertitori ad alta velocità avrà inevitabilmente uno strato circuitale accoppiato in modo incrociato con un altro.In alcuni casi, lo strato analogico sensibile (alimentazione, massa o segnale) potrebbe trovarsi direttamente sopra lo strato digitale ad alto rumore.La maggior parte dei progettisti ritiene che ciò sia irrilevante poiché questi livelli si trovano su livelli diversi.È così?Consideriamo un semplice test.
Seleziona uno degli strati adiacenti e inietta un segnale a quel livello, quindi collega gli strati accoppiati in modo incrociato a un analizzatore di spettro.Come puoi vedere, ci sono moltissimi segnali accoppiati allo strato adiacente.Anche con una spaziatura di 40 mil, c'è la sensazione che gli strati adiacenti formino ancora una capacità, così che ad alcune frequenze il segnale sarà ancora accoppiato da uno strato all'altro.
Supponendo che una parte digitale ad alto rumore su uno strato abbia un segnale da 1 V proveniente da un interruttore ad alta velocità, lo strato non pilotato vedrà un segnale da 1 mV accoppiato dallo strato pilotato quando l'isolamento tra gli strati è di 60 dB.Per un convertitore analogico-digitale (ADC) a 12 bit con uno swing di fondo scala di 2 Vp-p, ciò significa 2 LSB (bit meno significativo) di accoppiamento.Per un dato sistema, questo potrebbe non essere un problema, ma va notato che quando la risoluzione viene aumentata da 12 a 14 bit, la sensibilità aumenta di un fattore quattro e quindi l'errore aumenta a 8LSB.
Ignorare l'accoppiamento cross-plane/cross-layer potrebbe non causare il fallimento della progettazione del sistema o indebolirla, ma è necessario rimanere vigili, poiché potrebbe esserci più accoppiamento tra i due strati di quanto ci si potrebbe aspettare.
Ciò va notato quando si riscontra un accoppiamento spurio del rumore all'interno dello spettro target.A volte il cablaggio del layout può portare a segnali indesiderati o all'accoppiamento incrociato di strati diversi.Tienilo presente quando esegui il debug di sistemi sensibili: il problema potrebbe risiedere nel livello sottostante.
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Orario di pubblicazione: 27 aprile 2022