Рекомендации по планировке для LDO

Я разрабатываю четырехслойную плату, которая питается от трех напряжений - 1,8 В, 3,3 В и 5,0 В. На плате есть следующий стек:

1. сигналы
2. земля
3. 3.3V
4. сигналы

Заземление и плоскость 3,3 В полностью не сломаны. На них не распространяется никакой сигнал или след силы.

Я использую три LPO LP38690DT для обеспечения питания - вот моя схема.

Нажмите здесь, чтобы увеличить картинку.

Меня беспокоит расположение этих устройств. Техническое описание предлагает следующее

Лучший способ сделать это - расположить CIN и COUT рядом с устройством с короткими следами к VIN, VOUT и заземляющим контактам. Контакт заземления регулятора должен быть подключен к внешней цепи> заземлению, чтобы регулятор и его конденсаторы имели «заземление в одной точке».

Я был несколько озадачен термином «единая точка», но постарался в полной мере следовать советам, данным в таблице, - но я не уверен, что я прав:

Обратите внимание, что красный текст предназначен только для того, чтобы дать ясность людям здесь - я удалю его позже. Каждый регулятор подключен непосредственно к конденсаторам, а вывод заземления регулятора подключен непосредственно к выводу заземления конденсатора напрямую. Это то, что я хотел сделать из таблицы?

Лист данных продолжает говорить

Поскольку через ток, идущий в VIN и идущий от VOUT, протекает большой ток, Кельвин подключает конденсаторные выводы к> этим контактам, чтобы не было падения напряжения последовательно с входными и выходными конденсаторами.

Что это значит, Кельвин подключиться? Я знаю, что такое Kelvin Connection - я не понимаю, что это означает в контексте для LDO.

Мой третий вопрос касается всех трех регуляторов. Как я уже упоминал, каждая микросхема ссылается на землю от одного и того же, через который она соединяет свои конденсаторы с земной плоскостью. Однако следует ли мне подключать все три регулятора к одной точке заземления, т.е. должны ли все три регулятора подключаться к «единой точке заземления / через»?

Наконец, входное напряжение подается через 4-точечный соединитель сквозного отверстия, который несет 6 В на двух проводниках и GND на двух других. Контакты GND подключены непосредственно к заземлению. Это нормально, или я должен соединить выводы GND с выводами GND регуляторов напрямую через толстые трассы?

ПРИМЕЧАНИЕ: изображение макета не показывает ничего, связанного с выходом регуляторов. Хорошо. Я все еще должен подключить свои микросхемы к источнику питания. ТАКЖЕ: бордовый цвет под регуляторами не чистый. Это способ, которым Altium показывает «Комнаты» в макете PCB.

ТЕКУЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

Большая часть тока поступает от источника питания 5 В. Питание 5 В подключается к ЖК-дисплею, который будет рисовать макс. 400 мА (при включенной подсветке) - но обычно около 250 мА.

Напряжение 3,3 В привлечет макс. 300 мА (прерывисто), но обычно около 150 мА или менее.

1,8 В - это источник питания для CPLD, который есть у моей платы. Я не смог оценить это, но я измерил это. При запуске это было около 30 мА, но затем уменьшилось до 0 мА. Кажется, мой измеритель недостаточно чувствителен для измерения тока. Я считаю, что 200 мА будет безопасной ставкой для этого.

ОБНОВЛЕННЫЙ ПЛАН:

Я надеюсь, что это то, что люди имели в виду Я не был уверен, стоит ли мне одну большую медь залить или три отдельных, поэтому я пошел с 3 отдельными.

ОБНОВЛЕННАЯ СХЕМА (снова):

Я сделал одну гигантскую медную розлив вместо трех независимых. Я не был уверен, как подключить свое напряжение 3,3 В к моей силовой плоскости, используя несколько переходов, поэтому вышеизложенное - моя попытка. Я сделал небольшую заливку и подключил ее непосредственно к выходному конденсатору. Оттуда у меня есть 4 переходных отверстия, каждый размером 25 мельниц, подключающихся непосредственно к моей силовой плоскости. Это лучший способ сделать это?

Зазор между заправками и другими предметами составляет около 15 мельниц. Должен ли я увеличить это?

Но в целом вы переоцениваете важность GND. Это важно, не поймите меня неправильно. Просто есть и другие вещи, которые так же важны, и получить правильный GND относительно легко.

Вы указали напряжение, вы не указали ток. Не зная тока, мы не знаем тепло, генерируемое LDO. И тепло будет сильно влиять на то, как выложена печатная плата. Я собираюсь предположить, что произведенное тепло нетривиально.

Вот что я бы сделал ...

1. Поверните колпачки на 90 градусов (иногда по часовой стрелке, иногда против часовой стрелки). Что вы делаете, это соединяете штырьки GND колпачков и сокращаете расстояние между GND GND и колпачками.
2. Сделайте все ваши следы шире. По крайней мере, такой же ширины, как колодка, к которой он подключается. Используйте несколько VIA, если можете.
3. Положите + 6v следы "где-то еще". Либо на задней стороне печатной платы, либо справа от LDO. Это будет иметь смысл в ближайшее время.
4. Поместите медную плоскость на верхний слой, под и вокруг всего этого. Подключите это к слою GND, используя несколько VIA. Я бы использовал около 10 переходов на LDO, в основном вокруг огромного контакта GND. Вывод GND обоих LDO и колпачков должен быть подключен к этой плоскости ПРЯМО, без какого-либо «теплового сброса». Эта плоскость должна быть достаточно большой, хотя точный размер зависит от доступного пространства и количества тепла, выделяемого LDO. 1 или 2 квадратных дюйма на LDO - хорошее начало.

Есть две причины для медной плоскости. 1. Это дает жару от куда-то LDO идти, чтобы рассеяться. 2. Он обеспечивает путь с низким импедансом между колпачками и LDO.

Причина всех переходных отверстий: 1. Позволяет передавать часть тепла слою GND. 2. Он обеспечивает путь с низким импедансом от LDO до уровня GND.

И причина более толстых следов и множественных переходов заключается просто в более низком импедансном тракте.

Однако я предупрежу вас: это затруднит пайку рук в LDO. Медные плоскости + переходники захотят отсосать тепло от паяльника, и припой не будет долго плавиться (если вообще будет). Вы можете обойти это немного, используя более горячий паяльник, или, что еще лучше, предварительно нагреть вещи, используя тепловую пушку, чтобы сначала разогреть всю печатную плату. Не нагревайте его достаточно, чтобы расплавить припой (используйте для этого обычный утюг). При предварительном нагреве всей доски требования к вашему железу будут меньше. ИМХО, это не имеет большого значения, но это то, что нужно знать и планировать.

Этот метод также даст вам хорошую связь с GND, намного лучше, чем все, что вы нам сообщили из таблиц.

Обновление, основанное на новой информации от оригинального постера:

Ваш регулятор 5 В понижает напряжение 6 В до 5 В (падение на 1 В) при 400 мА. Это будет производить 0,4 Вт тепла. От 6 до 3,3 В при 150 мА = 0,4 Вт. От 6 до 1,8 В при 200 мА = 0,84 Вт. Всего 1,64 Вт для всех трех LDO. Хотя это не сумасшествие, это изрядное количество тепла. Это означает, что вы должны обратить внимание на то, как он будет охлаждаться, иначе он перегреется. Вы на пути к тому, чтобы сделать это правильно.

Вы хотите один самолет, а не три. И самолет должен простираться как можно дальше, я рекомендую как минимум удвоить площадь самих LDO. Чем больше плоскость, тем лучше охлаждающий эффект. Если самолет действительно большой, то вы должны поставить как минимум четыре переходных отверстия на каждый квадратный дюйм. Разделяя самолет, три регулятора делят охлаждение. Если вы этого не сделаете, то один регулятор может сильно нагреться, а два других просто нагреются.

Другая оптимизация, которую вы можете сделать, - это то, как + 6 В входит в каждую LDO. На данный момент он идет вокруг кепки, в LDO. Просто сделайте это прямо в кепке, не оборачиваясь. Это позволит вам использовать более толстые следы и держать вещи немного короче. То небольшое количество самолета GND, которое обвивает колпачок, в любом случае мало помогает.

Вам понадобится несколько переходов от выхода LDO к тому, куда направляется эта мощность. Не только через одно, что у вас есть сейчас.

Под «соединением Кельвина» они подразумевают: поставить две отдельные трассы на каждый из выводов Vin и Vout - одну трассу «низкого тока», которая подключается только к конденсатору, и одну трассу «сильного тока» для внешнего устройства. Это очень похоже на (и по тем же причинам, что и) токовые шунтирующие резисторы используют соединение Кельвина с двумя отдельными соединениями на каждом конце этого резистора.

Вы уже делаете это, и вы уже ставите прочную плоскость заземления под всем, чтобы макет вашей печатной платы выглядел великолепно.

Похоже, вы используете «минимальную» рекомендуемую площадь для этого пакета - лично я бы использовал гораздо больше меди, но, возможно, ваше приложение рассеивает так мало тепла, что это не нужно. а б

В разработанных мною конструкциях с несколькими силовыми шинами у меня часто есть все детали, для которых требуется одна силовая шина, и все детали, которым требуется другое питание, где-то еще, поэтому я помещаю каждый регулятор напряжения рядом с необходимыми деталями. Это. (Лучше, если «нерегулируемая» трассировка напряжения проходит через всю доску и падает примерно на сотню милливольт, чем если «регулируемая» трассировка напряжения делает то же самое. Она также избегает упаковки всех горячих вещей вместе).

В то время как вы поместили заглушки на «переднюю линию» регулятора, я поставил заглушки на «фланг» регулятора. Это позволяет приблизить заземление колпачков к действительной клемме заземления регулятора, в то же время позволяя подключать Кельвин к колпачкам Vin и Vout. В качестве бонуса, вам больше не нужно «змейиться» вокруг крышек, чтобы больше попасть на Vin-штифт регулятора.

Я также положил хорошую большую площадку для заземления на нижний слой и соединил ее с кучей переходных отверстий. Важно, чтобы вы сделали эту площадку, чтобы на ней не было маски припоя (или вы могли бы просто положить пустоту на нижний слой припоя, тоже самое). Отсутствие паяльной маски улучшает теплопроводность воздуха. Не делайте этого с верхней накладкой, однако это может усложнить сборку.

Что касается разъема питания, я бы подключил его непосредственно к заземлению. Как сказал Дэвид, вы не можете стать больше или толще самолета. РЕДАКТИРОВАТЬ: Если, возможно, разъем находится всего в дюйме или два от регуляторов. Я бы все еще использовал переходные отверстия, в дополнение к большому жирному следу на верхнем слое. Больше, чем на дюйм или два, и это того не стоит, на этом этапе трасса, вероятно, будет иметь большее сопротивление, чем переходные отверстия.

Напряжение ядра CPLD почти наверняка не будет составлять 200 мА, если только у вас не будет 10 из них, работающих на частоте 50 МГц или что-то в этом роде. Посмотрите максимальный динамический ток в таблице, чтобы получить более реалистичную фигуру. Или запрограммируйте CPLD так, чтобы они переключались так быстро и как можно чаще и измеряли потребление тока (он не будет потреблять ток, когда логика ядра не меняет состояния). В примере Xilinx CPLD, который я обнаружил, максимальный ток в значительной степени зависит от частоты и варьируется от сотен мкА до десятков мА.

Я хотел бы рассмотреть возможность каскадирования регулятора 1,8 В от выхода регулятора 3,3 В. Это снизит энергопотребление регуляторов 1,8 В на 65% за счет увеличения рассеяния 3,3 В за счет дополнительного тока. Вы должны сжать числа, чтобы увидеть, стоит ли это того (обычно, когда меньший регулятор потребляет меньше тока, чем больший регулятор). Но очень приятным бонусом является то, что вы получаете двойное отклонение пульсации при каскадном регулировании.

Еще один совет в отделе отопления - инвестировать в инфракрасный термометр (они стоят около 20 долларов США). Это отличный способ измерения температуры, особенно потому, что черная поверхность ИС часто обладает большой излучательной способностью. Я обычно создаю специальную прошивку, которая намеренно использует больше ресурсов, чем необходимо для проведения измерений «стресс-теста», оставляя плату в корпусе на час или два, так что я уверен, что она достигла стационарной температуры.

Наконец, хотя вам не повредит, если вы наливаете одну гигантскую медь на всю комнату, это было бы плохой идеей, если бы вы использовали два регулятора с одинаковым напряжением параллельно. Из-за производственных допусков один регулятор начнет нагреваться сильнее, чем другой, что приведет к более низкому импедансу, что означает больший ток, что означает больше тепла, что означает более низкий импеданс ... до тех пор, пока вы не получите тепловое отклонение. Это не является проблемой в вашем текущем приложении, но об этом следует помнить в будущем.

Лучший вариант - поместить заземление под все три LDO. Так как вы выбрали именно такой подход, все выглядит хорошо с вашей компоновки.

2-й лучший вариант - создать звездную наземную сеть, если у вас нет возможности сбрасывать наземную плоскость.