Штырьковый разъем питания для защиты от шума и развязки

12

В других потоках вопросов и ответов много говорилось о том, как подключить разделительные конденсаторы к ИС, что привело к двум совершенно противоположным подходам к проблеме:

  • (a) Поместите развязывающие конденсаторы как можно ближе к выводам питания ИС.
  • (b) Подключите выводы питания ИС как можно ближе к плоскостям питания, затем разместите развязывающие конденсаторы как можно ближе, но с соблюдением сквозных отверстий.

Рисунок от завершенного проектирования печатной платы с использованием OrCad Capture и PCB Editor от Kraig Mitzner, показывающий размещение и развязку конденсатора для одного из выводов питания;  хотя соседние выводы питания могут быть подключены двумя параллельными трассами к переходным отверстиям или разделительным конденсаторам, чтобы еще больше уменьшить индуктивные контуры для обратных токов

Согласно [ Крейгу Мицнеру ], вариант (а) предпочтителен для аналоговых ИС. Я вижу в этом логику, так как индуктивность сквозного и развязывающего конденсатора образует низкочастотный LC-фильтр, который удерживает шум от контактов микросхемы. Но согласно [ Тодд Х. Хаббинг ], вариант (а):

[...] звучит как хорошая идея, пока вы не примените некоторые реалистичные числа и не оцените компромиссы. В общем, любой подход, который добавляет больше индуктивности (без увеличения потерь), является плохой идеей. Контакты питания и заземления активного устройства, как правило, должны быть подключены непосредственно к силовым платам.

Что касается варианта (b), [ Крейг Мицнер ] (автор рисунка выше) говорит, что он предпочтителен для цифровых схем, но он не объясняет почему. Я понимаю, что в варианте (b) индуктивные петли сохраняются как можно меньше; но, тем не менее, они позволяют переключать помехи от микросхемы, чтобы довольно легко проникать в силовые плоскости, чего я хочу избежать.

Являются ли эти рекомендации правильными? На каких точных рассуждениях они основаны?


РЕДАКТИРОВАТЬ: учтите, что переход от IC ведет к конденсатору, и переходы должны быть как можно короче. Они показаны на рисунке в виде длинных следов только для иллюстрации.

andresgongora
источник
2
На низких частотах это не будет иметь большого значения, а на высоких частотах случаются странные вещи, однако, я бы предпочел вариант А во всех общих случаях только по одной причине. В варианте B ток на трассе между входом и конденсатором фактически идет от нуля до пика при переключении и должен измениться в конце операции переключения, чтобы зарядить конденсатор.
Trevor_G
Другой вариант, не показанный здесь, это подвести плоскость питания под IC. В тех случаях, когда это допускают ограничения компоновки, это позволяет выполнять эквидистантное размещение промежуточного и конденсаторного разъемов на выводе питания.
полиномиальной

Ответы:

8

При выполнении некоторых базовых симуляций с преувеличенными значениями становится очевидным, что в конечном итоге вы торгуете от высоты шипа до высоты кольца.

введите описание изображения здесь

С помощью схемы A вы получите меньший скачок на выводе Vcc IC и большее кольцо, а с помощью цепи B - обратное.

Обратите внимание на ток в трассе к конденсатору в цепи B, хотя, он меняет направление.

Другой вариант, который вы не показали, - это поместить плоскость питания через IC, чтобы длины трасс были равны. Это дает вам лучшее из обоих миров, как показано на третьем сюжете. Снова, хотя ток в линии кепки полностью изменяет.

Из этих графиков я бы на самом деле сказал, что схема A лучше для цифровых, так как ребристые фронты более проблематичны, чем пульсации, а схема B лучше для аналоговых. В конечном счете, C - лучший. Но когда дело доходит до таких терминов, как «лучше», в игру вступает мнение.

В конечном счете, тем не менее, в любом случае вам нужно держать конденсатор и как можно ближе к выводу, используя минимальные следы между ними, чтобы минимизировать индуктивность следа. Например, используя плотную комбинацию пэд / виа, как указано в ответе Пойфе.

Trevor_G
источник
Спасибо за ваши симуляции и понимание. Тем не менее, я теперь еще больше смущен, чем раньше, относительно того, лучше ли (a) или (b) для аналогового и цифрового соответственно. Ваше рассуждение является полной противоположностью рассуждений Крейга Мицнера. Кроме того, я хотел спросить, почему это так плохо, что ток меняет направление. Еще раз спасибо.
andresgongora
1
Вы вдохновили меня на выполнение той же симуляции, но наблюдая за напряжением на силовой плоскости (я добавил один дополнительный индуктор между входом и источником напряжения в вашей цепи и измерил там). У установки (a) есть некоторая пульсация, но это - только приблизительно 10 мВ. Настройка (б) имеет аналогичные пульсации, но я получаю огромный всплеск напряжения около -0,7 В на очень высокой частоте. Ты абсолютно прав. (а) гораздо лучше для цифрового, так как он защищает ВЧ-шум от распределения мощности. Кроме того, (c), которая имеет наименьшую индуктивность, лучше всего подходит для ИС, но не препятствует попаданию высокочастотного шума на распределение мощности.
andresgongora
1
Я согласен с результатами Тревора. Вариант (а) лучше для цифровых схем.
Guill
@Guill Игнорирование opcion (c), двух независимых следов и рассмотрение только (a) и (b): результат Тревора подразумевает, что Мицнер и Хаббинг (авторы цитируются в Q) кажутся неправильными, поскольку (a) выглядит намного лучше чем (б); интуитивно, как и в симуляции. Тем не менее, я полагаю, что это еще не все, и причина, по которой они оба предлагают (б) над (а). В конце концов, один из них работает на Orcad ... Есть ли другой источник, к которому я могу обратиться?
andresgongora
@Trevor_G Я принял ваш ответ, так как он кажется вполне обоснованным, и симуляции очень помогают. Я все еще немного озадачен тем, почему конечный результат противоречит другим (для меня авторитетным) авторам. В любом случае, я последую вашему примеру и поиграю с симуляциями, чтобы посмотреть, что получится :) Спасибо
andresgongora
8

Для наименьшей индуктивности разместите плоскость сквозного заземления на боковой стороне колпачка, а не в конце тонкого следа. Вы можете поставить два переходных отверстия, по одному на каждой стороне, это даже лучше.

введите описание изображения здесь

(читай источник )

Теперь, учитывая показанную схему, микросхема находится в корпусе SOP или SSOP, что означает, что внутри корпуса имеется индуктивность более 5 нГ в проводном и ведущем кадрах. Один лишний нН следовой индуктивности в линии электропередачи не имеет значения. Если это цифровая микросхема, оптимальная развязка плоскости будет достигнута с помощью следов в правой части изображения, и вы сможете подключить вывод питания микросхемы к накладке крышки.

Если это чувствительная аналоговая микросхема в цифровой плоскости, то добавление резистора и / или феррита перед крышкой - гораздо лучшая идея.

peufeu
источник
1
Представьте себе, что: (а) я подключаю проход как можно ближе к выводу ИС, а рядом с ним развязывающий конденсатор; и что в (б) я делаю то же самое, но наоборот. Теперь следы максимально короткие, как показано на рисунке (минимальная индуктивность). Теперь, какая конфигурация лучше для защиты силовых цепей, насколько это возможно, от шума переключения? Вот где я действительно запутался. Спасибо :)
andresgongora