एलडीओ के लिए लेआउट सलाह

Question

मैं एक चार लेयर बोर्ड विकसित कर रहा हूं जो 3 वोल्ट - 1.8V, 3.3V और 5.0V द्वारा संचालित है। बोर्ड में निम्नलिखित स्टैकअप है:

1. सिग्नल
2. भूमि
3. 3.3
4. सिग्नल

जमीन और 3.3V विमान पूरी तरह से अखंड हैं। कोई सिग्नल या पावर ट्रेस उन पर यात्रा नहीं करता है।

मैं बिजली प्रदान करने के लिए तीन LP38690DT LDOs का उपयोग कर रहा हूँ - यहाँ मेरा सर्किट है।

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मेरी चिंता इन उपकरणों के लिए लेआउट है। डेटापत्रक निम्नलिखित पता चलता है

इसका सबसे अच्छा तरीका यह है कि VIN, VOUT और ग्राउंड पिन के साथ छोटे निशान के साथ CIN और COUT को डिवाइस के पास रखना। नियामक ग्राउंड पिन को बाहरी सर्किट> ग्राउंड से जोड़ा जाना चाहिए ताकि रेगुलेटर और इसके कैपेसिटर में "सिंगल पॉइंट ग्राउंड" हो।

मैं "सिंगल पॉइंट ग्राउंड" शब्द से कुछ उलझन में था, लेकिन मैंने अपनी पूरी क्षमता से डेटशीट में दी गई सलाह का पालन करने की कोशिश की - लेकिन मुझे यकीन नहीं है कि मैं सही हूं:

ध्यान दें कि लाल रंग में पाठ केवल यहां के लोगों को स्पष्टता देने के लिए है - मैं इसे बाद में हटा दूंगा। प्रत्येक नियामक सीधे कैपेसिटर से जुड़ा होता है और नियामक का ग्राउंड पिन सीधे कैपेसिटर के ग्राउंड पिन से सीधे जुड़ा होता है। यह वही है जो डेटाशीट का मतलब है कि मुझे क्या करना चाहिए?

कहने पर डेटशीट चल जाती है

चूंकि उच्च धारा VIN में जा रही है और VOUT से आने वाले निशानों के माध्यम से बहती है, केल्विन संधारित्र को जोड़ता है> इन पिनों को इनपुट और आउटपुट कैपेसिटर के साथ श्रृंखला में कोई वोल्टेज ड्रॉप नहीं है।

केल्विन कनेक्ट से इसका क्या मतलब है? मुझे पता है कि एक केल्विन कनेक्शन क्या है - जो मुझे समझ में नहीं आता है वह एक एलडीओ के संदर्भ में क्या है।

मेरा तीसरा प्रश्न तीनों नियामकों से संबंधित है। जैसा कि मैंने उल्लेख किया है, प्रत्येक IC उसी के माध्यम से ग्राउंड को संदर्भित कर रहा है जो कि कैपेसिटर को ग्राउंड प्लेन से जोड़ता है। हालाँकि, क्या मुझे सभी तीन रेगुलेटरों को एक ही ग्राउंड पॉइंट से कनेक्ट करना चाहिए यानी सभी 3 रेगुलेटरों को "सिंगल ग्राउंड पॉइंट / थ्रू" कनेक्ट करना चाहिए?

अंत में, इनपुट वोल्टेज को 4-बिंदु द्वारा छेद कनेक्टर के माध्यम से खिलाया जा रहा है जो दो कंडक्टरों पर 6V और अन्य दो पर GND करता है। GND पिन ग्राउंड प्लेन से भयंकर रूप से जुड़े होते हैं। क्या यह ठीक है या क्या मुझे घने निशान के माध्यम से सीधे GND पिन को नियामकों के GND पिन से जोड़ना चाहिए?

नोट: लेआउट चित्र कुछ भी नहीं दिखाता है जो नियामकों के आउटपुट से जुड़ा है। यह ठीक है। मुझे अभी भी अपने IC को शक्ति से जोड़ना है। ALSO: रेगुलेटर के नीचे मैरून कलर नेट नहीं है। यह पीसीबी लेआउट में "कमरे" दिखाने के लिए Altium का तरीका है।

वर्तमान आवश्यकताएँ

अधिकांश वर्तमान 5 वी आपूर्ति से तैयार किया गया है। 5V आपूर्ति एक एलसीडी डिस्प्ले से जुड़ती है जो अधिकतम आकर्षित करेगी। 400mA की (जब बैकलाइट चालू है) - लेकिन आम तौर पर लगभग 250mA।

3.3V आपूर्ति अधिकतम आकर्षित करेगी। 300mA (असंतत) लेकिन सामान्य रूप से लगभग 150mA या उससे कम।

1.8V CPLD की कोर के लिए आपूर्ति है जो मेरे बोर्ड के पास है। मैं यह अनुमान लगाने में असमर्थ था, लेकिन मैंने इसे मापा है। स्टार्टअप पर, यह लगभग 30mA था लेकिन फिर 0mA तक कम हो गया। मेरा मीटर, ऐसा लगता है, वास्तव में वर्तमान को मापने के लिए पर्याप्त संवेदनशील नहीं था। मुझे लगता है कि 200mA इसके लिए एक सुरक्षित शर्त होगी।

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अद्यतन किया गया ऋण:

मुझे उम्मीद है कि यहाँ लोगों का यही मतलब है। मुझे यकीन नहीं था कि मुझे एक बड़ा तांबा डालना चाहिए या तीन अलग-अलग लोग चाहिए, इसलिए मैं 3 अलग-अलग लोगों के साथ गया।

अद्यतन किया गया ऋण (फिर से):

मैंने अब 3 स्वतंत्र लोगों के बजाय एक विशालकाय तांबा डाला है। मुझे यकीन नहीं था कि अपने vv को कई vias का उपयोग करके अपने विमान में 3.3V वोल्टेज कैसे जोड़ा जाए, इसलिए ऊपर मेरा प्रयास है। मैंने एक छोटा सा फिल बनाया और इसे सीधे अपने आउटपुट कैपेसिटर से जोड़ा। वहाँ से मेरे पास 4 वीआईएएस हैं, प्रत्येक 25 मिल आकार में, सीधे मेरे पावर प्लेन से जुड़ते हुए। क्या यह एक बेहतर तरीका है?

भरता और अन्य वस्तुओं के बीच निकासी लगभग 15 मिल है। क्या मुझे इसे बढ़ाना चाहिए?

Comments

इनमें से प्रत्येक आपूर्ति से कितना वर्तमान की आवश्यकता है? यदि आप 1 A सीमा के निकट आ रहे हैं, तो आप LDO वाउट से पावर प्लेन और ग्राउंड प्लेन से LDO GND पैड तक कई vias रखना चाह सकते हैं।

— फोटॉन

@ साद मैंने अपने प्रश्न में आपके द्वारा जोड़ी गई नई जानकारी के आधार पर मेरे उत्तर में कुछ सामान जोड़ा।

Answer 1

लेकिन कुल मिलाकर आप जीएनडी के महत्व पर अधिक विचार कर रहे हैं। यह महत्वपूर्ण है, मुझे गलत मत समझो। यह सिर्फ इतना है कि अन्य चीजें हैं जो महत्वपूर्ण हैं, और जीएनडी को सही करना अपेक्षाकृत आसान है।

आपने वोल्टेज निर्दिष्ट किया है, आपने वर्तमान निर्दिष्ट नहीं किया है। वर्तमान को जाने बिना, हम एलडीओ द्वारा उत्पन्न गर्मी को नहीं जानते हैं। और गर्मी बहुत प्रभावित करेगी जिस तरह से पीसीबी को बाहर रखा गया है। मैं यह मानने जा रहा हूं कि उत्पन्न गर्मी गैर तुच्छ है।

यहाँ मैं क्या करूँगा ...

1. कैप्स को 90 डिग्री (कभी-कभी क्लॉकवाइज़, कभी-कभी काउंटर-क्लॉकवाइज़) घुमाएँ। आप जो कर रहे हैं वह कैप्स जीएनडी पिन को एक साथ रख रहा है और एलडीओ की जीएनडी और कैप के बीच की दूरी को छोटा कर रहा है।
2. अपने सभी निशानों को व्यापक बनाएं। कम से कम उतना चौड़ा जितना कि यह जिस पैड से कनेक्ट हो रहा है। यदि आप कर सकते हैं तो कई VIA का उपयोग करें।
3. + 6v निशान "कहीं और" लगाएं। या तो पीसीबी के पीछे की तरफ या एलडीओ के दाईं ओर। यह जल्द ही समझ में आएगा।
4. पूरी चीज़ के नीचे और आसपास, ऊपर की परत पर एक तांबे का विमान रखें। कई VIA का उपयोग करके इसे GND लेयर से कनेक्ट करें। मैं लगभग 10 vias प्रति LDO का उपयोग करता हूं, ज्यादातर विशाल GND पिन के आसपास। एलडीओ और कैप दोनों के जीएनडी पिन को बिना किसी "थर्मल राहत" के, इस विमान से जुड़ा होना चाहिए। यह विमान यथोचित रूप से बड़ा होना चाहिए, हालांकि सटीक आकार उपलब्ध स्थान पर निर्भर करता है और एलडीओ की गर्मी कितनी दूर होगी। एलडीओ प्रति 1 या 2 वर्ग इंच एक अच्छी शुरुआत है।

तांबे के विमान के दो कारण हैं। 1. यह एलडीओ के विस्थापित होने के लिए जाने के लिए गर्मी देता है। 2. यह कैप और एलडीओ के बीच एक कम प्रतिबाधा पथ प्रदान करता है।

सभी विकों का कारण हैं: 1. यह कुछ गर्मी को जीएनडी परत में स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। 2. यह LDO से GND लेयर तक एक कम-प्रतिबाधा पथ प्रदान करता है।

और चापलूसी निशान और कई vias का कारण बस एक कम प्रतिबाधा पथ के लिए है।

मैं आपको चेतावनी दूंगा, हालांकि: ऐसा करने से एलडीओ की मुश्किल हल हो जाएगी। तांबे के विमान + वीएएस गर्मी को टांका लगाने वाले लोहे से दूर चूसना चाहते हैं और मिलाप बहुत लंबे समय तक पिघला नहीं रहेगा (यदि बिल्कुल भी)। आप पहले से ही पूरे पीसीबी को गर्म करने के लिए हीट गन का इस्तेमाल करके गर्म टांका लगाने वाले लोहे का उपयोग करके, या बेहतर अभी तक प्री-हीट चीजों से इसे कुछ हद तक प्राप्त कर सकते हैं। मिलाप को गर्म करने के लिए इसे गर्म न करें (इसके लिए अपने सामान्य लोहे का उपयोग करें)। पूरे बोर्ड को प्रीहीट करने से आपके लोहे पर रखी गई माँग कम होगी। IMHO, यह एक बड़ी बात नहीं है, लेकिन इसके बारे में जागरूक होना और योजना बनाना कुछ है।

यह विधि आपको जीएनडी से एक अच्छा संबंध भी देगी, जिस तरह से आपने हमें डेटशीट से कहीं बेहतर बताया है।

अद्यतन, मूल पोस्टर से नई जानकारी के आधार पर:

आपका 5v रेगुलेटर 6v से 5v (1 वोल्ट ड्रॉप) 400 mA पर गिर रहा है। इससे 0.4 वाट गर्मी पैदा होने वाली है। 150 mA = 0.4 वाट पर 6v से 3.3v। 200v = 0.84 वाट पर 6v से 1.8v। तीनों एलडीओ के लिए कुल 1.64 वाट। हालांकि यह पागल नहीं है, यह उचित मात्रा में गर्मी है। मतलब यह है कि आपको ध्यान देना चाहिए कि यह कैसे ठंडा होने जा रहा है अन्यथा यह ज़्यादा गरम हो जाएगा। आप अच्छी तरह से करने के लिए अपने रास्ते पर हैं।

आपको एक विमान चाहिए, तीन नहीं। और विमान को जितना संभव हो उतना विस्तार करना चाहिए, मैं कम से कम एलडीओ के क्षेत्र को दोगुना करने की सलाह देता हूं। विमान जितना बड़ा होगा, शीतलन प्रभाव उतना ही बेहतर होगा। यदि विमान वास्तव में बड़ा है तो आप हर वर्ग इंच के लिए कम से कम चार vias लगाना चाहेंगे। विमान को साझा करके, तीन नियामक शीतलन को साझा कर रहे हैं। यदि आपने ऐसा नहीं किया, तो एक नियामक वास्तव में गर्म हो सकता है जबकि अन्य दो बस गर्म हो सकते हैं।

एक और अनुकूलन जो आप कर सकते हैं वह यह है कि प्रत्येक एलडीओ में + 6v कैसे आता है। फिलहाल यह कैप के आसपास, एलडीओ के पास जाता है। बस यह चारों ओर लपेटे बिना, सीधे टोपी में चला गया है। यह आपको मोटे निशान का उपयोग करने और चीजों को थोड़ा कम रखने की अनुमति देगा। जीएनडी विमान की वह छोटी राशि जो कैप के चारों ओर लपेटती है, वैसे भी बहुत मदद नहीं करती है।

आप एलडीओ के आउटपुट से लेकर जहां भी बिजली जा रही है, वहां कई vias चाहते हैं। अब आपके पास सिर्फ इतना ही नहीं है।

Comments

डेविड, क्या यह "सिंगल पॉइंट ग्राउंड" का उल्लंघन डेटशीट द्वारा दी गई सलाह का उल्लंघन नहीं करेगा? यदि मेरे पास एक विमान है, तो मेरे पास अब एक पॉइंट ग्राउंड नहीं है जहां हर कैप और एलडीओ ग्राउंड जुड़ा हुआ है। डेटाशीट से पता चलता है कि अस्थिरता के मामले आए हैं जब एकल बिंदु जमीन प्रदान नहीं की गई थी और इसके बजाय कैप और एलडीओ अलग-अलग वायस का उपयोग करके ग्राउंड प्लेन से जुड़े थे।

— साद

@ शुरुआत के लिए, ऐप नोट (डेटशीट में या खुद से) सुसमाचार नहीं हैं। उनके पास अक्सर त्रुटियां होती हैं, और यह निश्चित रूप से उनमें से एक है। आप जो चाहते हैं, वह एलडीओ जीएनडी और कैप जीएनडी के बीच एक बड़ा वसा ट्रेस है। आप प्लेन से बड़ा या लड़खड़ा नहीं सकते। इसके बाद, आप LDO GND से PCB पर GND लेयर के लिए एक अच्छा ठोस कनेक्शन चाहते हैं। फिर, आप वीआईए के एक समूह से बेहतर कोई नहीं प्राप्त कर सकते हैं। यह भी विचार करें कि हम लगभग 0.25-0.5 इंच की दूरी की बात कर रहे हैं, जो वैसे भी "एकल बिंदु" के बहुत करीब है।

Answer 2

"केल्विन कनेक्ट" द्वारा, उनका मतलब है: विन और वाउट पिंस में से प्रत्येक के लिए दो अलग-अलग निशान डालें - एक "कम वर्तमान" ट्रेस जो केवल संधारित्र से जोड़ता है, और एक "उच्च वर्तमान" बाहरी सामान का पता लगाता है। यह बहुत समान है (और समान कारणों से) वर्तमान अर्थ शंट प्रतिरोधों में उस अवरोधक के प्रत्येक छोर पर दो अलग-अलग कनेक्शन के साथ केल्विन कनेक्शन का उपयोग किया जाता है ।

आप पहले से ही ऐसा कर रहे हैं, और आप पहले से ही सब कुछ के नीचे एक ठोस जमीन विमान डाल रहे हैं, इसलिए आपका पीसीबी लेआउट बहुत अच्छा लग रहा है।

ऐसा लगता है कि आप इस पैकेज के लिए "न्यूनतम" अनुशंसित पदचिह्न का उपयोग कर रहे हैं - व्यक्तिगत रूप से मैं बहुत अधिक तांबे का उपयोग करूंगा, लेकिन शायद आपका आवेदन इतना कम गर्मी को भंग कर देता है जो आवश्यक नहीं है। a b

मैंने जो डिज़ाइन किए हैं उनमें कई पावर रेल हैं, मेरे पास अक्सर वे सभी भाग होते हैं जिनकी आवश्यकता एक पावर रेल को एक साथ होती है, और वे सभी भाग जिनकी आवश्यकता अन्य पावर को कहीं और होती है, इसलिए मैं प्रत्येक वोल्टेज रेगुलेटर को उन भागों के पास रखता हूँ जिनकी आवश्यकता होती है यह। (यह बेहतर है अगर "अनियंत्रित" वोल्टेज ट्रेस बोर्ड में एक लंबा रास्ता तय करता है और सौ मिलीवोल्ट या इतने पर गिरता है अगर "विनियमित" वोल्टेज ट्रेस वही करता है तो यह सभी गर्म चीजों को एक साथ पैक करने से भी बचता है)।

Answer 3

जबकि आपने कैप को नियामक की "सामने की रेखा" पर रखा, मैंने अपने कैप को नियामक के "फ्लैंक" पर रखा। यह कैप के ग्राउंड को नियामक के वास्तविक ग्राउंड टैब के करीब रखता है, जबकि अभी भी विन और वाउट कैप के लिए केल्विन कनेक्शन की अनुमति देता है। एक बोनस के रूप में, आपको नियामक के विन पिन पर पहुंचने के लिए कैप के चारों ओर "साँप" की आवश्यकता नहीं होगी।

मैंने नीचे की परत पर एक अच्छा बड़ा ग्राउंड पैड भी लगाया और इसे वायस के एक गुच्छा के साथ जोड़ा। यह महत्वपूर्ण है कि आप इसे एक पैड बनाते हैं ताकि उस पर कोई मिलाप मुखौटा न हो (या आप नीचे मिलाप परत पर एक शून्य डाल सकते हैं, वही बात)। सोल्डर मास्क की कमी हवा के साथ तापीय चालकता में सुधार करती है। शीर्ष पैड के साथ ऐसा न करें, हालांकि, यह असेंबली को और अधिक कठिन बना सकता है।

पावर कनेक्टर के बारे में, मैं इसे सीधे ग्राउंड प्लेन से जोड़ूंगा। जैसा कि डेविड ने कहा था, आप प्लेन की तुलना में कोई बड़ा या मोटा नहीं पा सकते। संपादित करें: जब तक कि शायद कनेक्टर नियामकों से केवल एक इंच या दो दूर हो। मैं अभी भी वीआईएएस का उपयोग करता हूं, शीर्ष परत पर एक बड़े वसा वाले जमीन के निशान के अलावा। एक इंच या दो से अधिक और यह इसके लायक नहीं है, उस बिंदु पर ट्रेस शायद व्यास से अधिक प्रतिबाधा होगी।

CPLD कोर वोल्टेज लगभग निश्चित रूप से 200 mA नहीं खींचेगा, जब तक कि आप उनमें से 10 को 50 मेगाहर्ट्ज पर चलाना या ऐसा कुछ नहीं करते। एक अधिक यथार्थवादी आंकड़ा प्राप्त करने के लिए डेटाशीट में अधिकतम गतिशील वर्तमान को देखें। या सीपीएलडी को तेजी से और अक्सर संभव के रूप में चालू करने और वर्तमान खपत को फिर से मापने के लिए प्रोग्राम करें (यह किसी भी चालू का उपभोग नहीं करेगा जब कोर तर्क राज्यों को बदल नहीं रहा है)। उदाहरण Xilinx CPLD मैंने पाया कि एक अधिकतम करंट था जो काफी हद तक आवृत्ति पर निर्भर करता है, और सैकड़ों uA से लेकर दर्जनों mA तक भिन्न होता है।

मैं 3.3V नियामकों के उत्पादन से 1.8V नियामक को बंद करने पर विचार करूंगा। यह अतिरिक्त प्रवाह द्वारा 3.3V अपव्यय को बढ़ाने की कीमत पर, 65% नीचे 1.8V नियामकों की बिजली की खपत में कटौती करेगा। आपको यह देखने के लिए संख्याओं को क्रंच करना चाहिए कि क्या यह इसके लायक है (यह आमतौर पर तब होता है जब छोटे नियामक बड़े नियामक की तुलना में कम चालू खपत करता है)। लेकिन एक बहुत अच्छा बोनस यह है कि जब आप नियामकों को कैस्केड करते हैं तो आपको रिपल रिजेक्शन दोगुना मिलता है।

हीट डिपार्टमेंट में एक और टिप इंफ्रारेड थर्मामीटर (वे USD 20 डॉलर की तरह हैं) में निवेश करना है। यह तापमान माप प्राप्त करने का एक शानदार तरीका है, खासकर क्योंकि आईसी की काली सतह में अक्सर महान उत्सर्जन होता है। मैं आमतौर पर विशेष फर्मवेयर बनाता हूं जो "तनाव परीक्षण" माप प्राप्त करने के लिए जानबूझकर आवश्यक से अधिक संसाधनों का उपयोग करता है, जबकि पीसीबी को एक या दो घंटे के लिए बाड़े में छोड़ देता है ताकि मुझे विश्वास हो कि यह एक स्थिर-राज्य तापमान पर पहुंच गया है।

अंत में, जबकि यह आपको पूरे कमरे के लिए एक विशाल तांबा डालने के लिए चोट नहीं पहुंचाने वाला है, यह एक बुरा विचार होगा यदि आप समानांतर में एक ही वोल्टेज के दो नियामकों का उपयोग कर रहे थे। विनिर्माण सहिष्णुता के कारण, एक नियामक दूसरे की तुलना में अधिक गर्म होना शुरू हो जाएगा, जिसके परिणामस्वरूप कम प्रतिबाधा होगी, जिसका अर्थ है अधिक वर्तमान, जिसका अर्थ है अधिक गर्मी, जिसका अर्थ है कम प्रतिबाधा ... जब तक कि आप थर्मल पलायन न करें। यह आपके वर्तमान अनुप्रयोग में एक चिंता का विषय नहीं है, लेकिन भविष्य में इसे ध्यान में रखना कुछ है।

Answer 4

सबसे अच्छा विकल्प, सभी तीन एलडीओ के नीचे एक ग्राउंड प्लेन डालें, क्योंकि यह वह तरीका है जिसे आपने लिया था, सब कुछ आपको लेआउट से अच्छा लगता है।

2 सबसे अच्छा विकल्प, यदि आप एक जमीनी विमान को गिराने की क्षमता नहीं रखते हैं तो एक स्टार ग्राउंड नेटवर्क करें।