Domanda:
Quale di questi layout per il disaccoppiamento dei condensatori collegati a un circuito integrato è sbagliato?
Anubhav Srivastava
2020-04-16 04:45:20 UTC
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Ho iniziato a progettare il mio primo PCB e sto cercando di capire come disporre i miei condensatori di disaccoppiamento.Ho letto un bel po 'sia qui che altrove su Internet e non sono ancora sicuro di come dovrebbero essere collegati i miei condensatori.

Case 1

In particolare, questi ( 1 e 2) post di scambio dello stack sembrano dire che il pin GND dovrebbe essere collegato al condensatore, che è quindi collegato con un via ail piano di massa.

Case 2

Nel frattempo, questo post dice che dovremmo fare in modo che il pin GND vada direttamente sul piano di massa, in questo modo:

enter image description here

Quale di questi è giusto?O sto fraintendendo qualcosa ed entrambi hanno ragione?Grazie!

Nota nella tua prima domanda collegata, il chip aveva pin di alimentazione e di terra uno accanto all'altro.Un chip ad alta velocità dovrebbe avere questa disposizione piuttosto che potenza e massa agli angoli opposti.
Sì, il chip che sto usando (atmega328) li ha uno accanto all'altro.Quindi l'immagine del caso 2 è corretta solo quando sono molto distanti?
Molti datasheet del microcontrollore contengono consigli sul layout, inizia sempre da lì.Avranno anche consigli per disaccoppiare i valori del limite su pin sensibili come / reset ecc.
Dovresti fare un collegamento il più corto possibile sia all'alimentazione che a GND.Immagina di rendere il loop di corrente 3D il più piccolo possibile.
Cinque risposte:
SteveSh
2020-04-16 04:59:43 UTC
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Dato quello che hai mostrato, vuoi usare la tua prima opzione - vias al piano GND e nessuna traccia.

Il problema con l'opzione 2 (quella più a destra) è l'induttanza del loop & formata dalla traccia tra il cappuccio e il pin GND dell'IC.A frequenze di commutazione sufficientemente elevate, questa induttanza può far sembrare che il limite non sia nemmeno lì.

Potrei voler esaminare questa domanda a cui & risponde:

La massa versa i condensatori di bypass?

Mi dispiace che il mio post originale fosse un po 'poco chiaro.Stavo chiedendo la differenza tra il caso 1 e il caso 2 (modificato il mio post).Nel primo dei due post di scambio di stack che ho collegato, i commenti dicono che l'opzione d (in quel post) non è corretta.Ma l'opzione d è esattamente come il lato sinistro del Case 2, per quanto ne so.
_ "Nel primo dei due post di scambio di stack che ho collegato" _ - dovresti inserire le informazioni nel tuo post.
Ma in entrambi i casi il collegamento a terra è piuttosto lungo.Il vantaggio dell'opzione 1 è che il piano di massa avrà un'induttanza / resistenza inferiore e avrai una traccia in meno.
@Michael - ma non puoi davvero fare molto al riguardo con i perni che si trovano sui lati opposti del pacchetto.Mi dice che questo non è un vero progetto ad alta velocità per gli standard odierni.
Nel mio IC i pin VCC e GND sono uno accanto all'altro.L'immagine del caso 2 che ho estratto non è la stessa del mio IC.Supponendo che l'immagine del caso 2 avesse i pin VCC e GND uno accanto all'altro, uno di sinistra o di destra sarebbe migliore dell'altro?Grazie!
Supponendo che tu abbia alimentazione e piani di massa a cui è collegato il tuo IC, è meglio collegare il cappuccio a quegli aerei con via piuttosto che eseguire una traccia ai pin VCC e GND dell'IC.
Dmitry Grigoryev
2020-04-16 13:46:57 UTC
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Va notato che sui circuiti integrati ad alta frequenza i pin VCC e GND si trovano solitamente vicini l'uno all'altro, quindi il caso 1 e il caso 2 diventano effettivamente la stessa cosa. Esempio:

enter image description here

Se ti interessa davvero un layout ottimale, dovresti preferire tali circuiti integrati a quello che hai nella tua immagine dove i pin VCC e GND sono sui lati opposti del pacchetto.

Quindi in questo caso il pin GND va al condensatore e quindi al piano di massa.È meglio / peggio (o nessuno dei due) che andare direttamente dal pin GND al piano di massa.Grazie!
Avere il pin di terra dell'MCU sul cappuccio di disaccoppiamento e poi infine attraverso un vi fino al piano di massa "consentirà" al condensatore di filtrare l'alimentazione prima che raggiunga la massa.Il condensatore filtrerà tutto il contenuto ad alta frequenza.
@AnubhavSrivastava È corretto.Ancora più importante se la lunghezza totale della traccia è inferiore a 10 mm, non importa molto se il via o il cappuccio sono collegati per primi.L'induttanza della traccia che li separa sarà trascurabile.
@Jakob Halskov - Lo scopo di questi condensatori non è di filtrare l'alimentazione, ma piuttosto di fornire (relativamente parlando) grandi quantità di corrente veloce (
@SteveSh cosa intendi per evento di commutazione?Se sto usando l'IC per accendere e spegnere un LED molto rapidamente, sarebbe un evento di commutazione?
No, sto parlando di parti digitali che cambiano a decine di MHz o di un grande FPGA che potrebbe funzionare con frequenze di clock interne di 500 MHz o superiori.
Vedo.Quindi per i chip che funzionano a velocità di clock molto più basse (come 8 MHz) questo è molto meno un problema?
david
2020-04-16 11:33:49 UTC
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In primo luogo, non monti un condensatore direttamente su una traccia del genere. Normalmente si cerca di avere pad di montaggio simmetrici e isolati, per evitare la rimozione definitiva e altri errori di montaggio. Ed eviti le curve ad angolo retto sui binari, ove possibile.

In secondo luogo, entrambe le opzioni forniscono una connessione abbastanza buona tra l'alimentazione e i pin di terra sul chip. Uno include una via nel loop di terra: l'altro include una via che collega i piani di terra. Uno ti dà meno corrente nel piano di massa - che probabilmente non ha importanza - e l'altro ti dà una traccia leggermente più piccola - che probabilmente non ha importanza. Nel mondo reale, gli altri pin sul chip potrebbero disturbare il piano di massa, non visibili nel diagramma. O, più probabilmente, è impossibile eseguire la traccia del piano di massa sulla superficie, perché gli altri pin hanno bisogno di connessioni lì. Il loop fino al piano terra potrebbe essere più lungo o il loop intorno alla superficie potrebbe essere più lungo.

C'è un motivo per cui hai trovato entrambi gli esempi su Internet. Il motivo è che nessuno dei due esempi è chiaramente e universalmente migliore.

Robin Iddon
2020-04-17 11:14:13 UTC
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Le risposte su questo thread fino ad ora concordano tutte sul fatto che "dipende". Ho pensato che varrebbe la pena espandere l'area del ciclo menzionata in alcune delle risposte, perché questo è il fattore cruciale qui.

Riguarda l'area del loop formata dal cap e dal chip. È meglio capire cos'è l'area del loop, quindi puoi scegliere il miglior compromesso per qualsiasi situazione. Temo che non esiste una soluzione "fallo in questo modo, sempre".

L'area del loop è l'area formata dal percorso della corrente che fluisce nel chip dal cappuccio e dal percorso della corrente che fluisce dal chip al cappuccio. Chiamiamo il percorso in V + e il percorso di ritorno GND.

Per scopi più pratici, fino a una frequenza di 1 GHz, puoi semplicemente guardare l'area del loop dall'alto verso il basso (cioè disegnarla sopra le tue immagini). A frequenze più alte potrebbe essere necessario guardarlo in 3D.

Dove costringi le correnti a fluire in una traccia, il percorso è chiaro: sono le linee delle tracce. Laddove permetti a una corrente di fluire su un piano e l'altra è in tracce, il percorso delle correnti a frequenza più alta sul piano non seguirà il percorso più breve (che potresti aspettarti) - invece cercano di seguire il percorso preso dal corrente limitata alle tracce. La frequenza più bassa o CC sull'aereo fluirà direttamente all'alimentazione e perderà completamente il disaccoppiatore, ma questi non sono interessanti nel contesto del posizionamento del disaccoppiatore.

Ho annotato la tua immagine con l'area loop (vista dall'alto) in ogni caso.

Le linee continue rosse rappresentano i flussi V + dal cappuccio al chip & la linea tratteggiata rossa è il flusso di corrente interno attraverso il chip.

Le linee verdi indicano i flussi GND dal chip al tappo. Nota per l'immagine a sinistra il percorso effettivo preso dalla linea verde da via a via dipenderà dalla frequenza: maggiore è la frequenza, più estrema è la divergenza dal percorso più breve poiché la corrente di ritorno cerca di seguire la corrente diretta.

Le aree blu sono l'area del loop.Puoi vedere qual è il migliore: è quello con meno blu.

Nota che ho ritagliato il testo corretto / errato - dipende interamente dall'applicazione se questo è vero o meno - per alcune applicazioni la soluzione a destra potrebbe essere abbastanza buona e potrebbe consentire altri vantaggi di routing.Tuttavia, è improbabile che sia la soluzione migliore.

Loop area illustration

Spero che questo aiuti.

Capisco, questo ha aiutato molto.Nel mio IC il VCC e GND sono uno accanto all'altro, quindi immagino che non farà molta differenza se vado dal pin GND direttamente al piano di massa o se vado al tappo, che è collegatoal piano di massa.Il documento sulle considerazioni sulla progettazione dell'hardware AVR di Atmel (https://www.mouser.com/datasheet/2/36/doc2521-41636.pdf) dice di collegarlo come la risposta di Dmitry, quindi penso che andrò con quello.
Sono d'accordo.L'area del loop nel layout di Dmitry è più piccola rispetto a quando si tenta di utilizzare una via tra chip e cap.
Kyle B
2020-04-17 23:03:20 UTC
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Robin ha ragione: è tutta una questione di area di loop. L'idea di un tappo di disaccoppiamento è di fornire il percorso di impedenza più basso possibile per le correnti di ritorno. L'impedenza è direttamente correlata all'area del loop. Più bassa è l'area del loop, minore è l'impedenza alla corrente ad alta frequenza, e quindi meglio funziona il tuo cappuccio di disaccoppiamento.

Peter ha torto al 100% (scusa Peter). Il terreno non è assolutamente "uguale ovunque". Questo è vero solo alla DC. Più alte sono le frequenze coinvolte, meno vera diventa questa affermazione. Non voleva essere uno sparo con Peter: ho conosciuto molti esperti di EE che non capiscono davvero quel concetto. Molto comune.

Se posso, ci sono davvero un milione di "app note" là fuori. Non cercare di imparare questo argomento dalle note dell'app.

Dovresti leggere un libro legittimo, dall'inizio alla fine, come se stessi studiando l'argomento a scuola. Ci sono molti buoni libri là fuori. La mia preferita è la "bibbia" del layout PCB ad alta velocità. È un libro di 40 anni a questo punto, ma non è mai stato aggiornato perché non deve esserlo. Tutto in esso si applica ancora oggi e tutto in esso è "corretto" https://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241

Se vuoi prendere sul serio la progettazione di schede ad alta velocità, leggi questo libro. Poi leggilo ancora e ancora. Lascia che tutto affondi (non preoccuparti, c'è pochissima matematica in esso;)

Dopodiché, capirai anche perché "il terreno non è terreno ovunque".

Prometto che sarà uno dei migliori $ 80 che tu abbia mai speso per la tua carriera scolastica in &.

Il libro menzionato da Kyle B è uno che ho nella mia collezione.Ho anche "Propagazione del segnale ad alta velocità" del Dr. Johnson.Di nuovo, sono riuscito a convincere l'azienda a comprarli per me.
La corrente continua segue il percorso di minore resistenza, poiché la frequenza aumenta un rapporto maggiore della corrente segue il percorso di minore impedenza, a frequenze più alte la corrente seguirà solo il percorso di minore impedenza e lavorerà per rimanere il più vicino possibile alla traccia del segnale, Aggiungerò App Notes più che adatte per l'apprendimento di tutto ciò che è necessario per la progettazione e il layout ad alta velocità.Texas Instruments ne ha pubblicati alcuni che si avvicinano alle dimensioni di un libro di testo.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 4.0 con cui è distribuito.
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