Источник питания и размещение силовых плоскостей на печатной плате

Хотя есть много вопросов, похожих на этот, я хочу обратить ваше внимание на этот конкретный макет платы.

Основное питание на плате будет 5В, и для этого выделен один из слоев. Однако плата будет подключена к источнику питания 12 В, поэтому я использую LDO для снижения напряжения до 5 В. Имея в виду токи, идеальным размещением LDO, вероятно, было бы в центре платы, однако я разместил его слева вверху (см. компоновку нижней плоскости ) .

  1. Это приемлемое размещение или есть лучший способ в этом случае? Может быть, мне следует проложить толстую дорожку в плоскостях питания/земли к центру платы, чтобы все токи распространялись/возвращались из/в центр, как на рисунке ниже? Должна ли земля от разъема 12 В и заземления контакта LDO исходить из одной и той же точки, или можно подключить их к заземляющей пластине в разных точках?

    введите описание изображения здесь

  2. Полезно ли (в моем случае) иметь несколько участков заземления на верхней и нижней сигнальных плоскостях в дополнение к отдельному слою заземления, или мне следует ограничить верхнюю медную плоскость только определенными областями? Больше всего меня беспокоят байпасные колпачки и соединение контактов GND. Я попытался разместить компоненты так, чтобы отрицательные контакты выходили наружу и соединялись с большими областями верхней плоскости GND. Тем не менее, не лучше ли разместить переходные отверстия прямо рядом с контактами GND, чтобы они напрямую подключались к плоскому слою GND ?

  3. Говоря о GND через: я попытался разместить их рядом с несколькими контактами заземления одновременно, чтобы сделать локальные соединения GND «звездой». Опять же, было бы лучше использовать больше GND через каждый контакт GND, или это не нужно? Значительно ли это увеличивает стоимость производства?

  4. Я также попытался развести дополнительный GND через равные промежутки по всей площади платы. Это хорошая практика? Как эффективность по сравнению с ценой производства?

  5. Должен ли я сделать небольшое разделение в слое плоскости GND где-то между АЦП и буфером SN74? Так сказать, я разделил цифровые и аналоговые основания?

  6. Пожалуйста, прокомментируйте, как я мог бы улучшить свою текущую разводку печатной платы.

Дополнительная информация:

  1. Плоскости: Сигнал, Земля, Питание, Сигнал
  2. Основное питание: 5В и дополнительные малые LDO (3,3В, 1,8В) обозначенные буквой V.
  3. Дискретизация: 10 МГц, генератор 40 МГц.
  4. Слева: CPLD, маленький uC.
  5. Центр: линейный имидж-сканер.
  6. Справа: операционный усилитель, дифференциальный усилитель, АЦП, буфер SN74 (снизу вверх).
  7. Буферные ворота обозначены буквой Г.
  8. Наконец-то я уберу маленькие несвязанные островки меди.

ВЕРШИНА

ЗАЗЕМЛЕНИЕ

ВЛАСТЬ

НИЖНИЙ

Это комбинированное изображение ВЕРХНЕЙ и НИЗНОЙ плоскостей:

введите описание изображения здесь

Почему в народе регулятор с малым падением напряжения называют LDO? Это относится не только к этому вопросу, потому что я видел, как это сформулировано таким образом в нескольких вопросах. Кстати, ваш регулятор не обязательно должен быть типа LDO, потому что ваше входное напряжение - выходное напряжение достаточно велико, чтобы соответствовать 7805. Какой ток берется из регулятора 5 В?
@Andyaka В идеале он не должен превышать 0,8 А. Я не особо задумывался о преобразовании DC/DC. Почему я должен получить больше преимуществ от LM7805? Даже если бы мне не понадобился преобразователь питания и я напрямую подал на плату 5 В, моя забота была больше о том, где разместить источник питания/земли на плате.
Я не сказал, что вы выиграете больше - я просто сказал, что это не обязательно должен быть тип LDO, и будет рассеиваться точно такая же мощность, потому что я считаю, что термин «LDO» относится к линейным регуляторам. Что касается остальной части вопроса, мне было слишком долго, чтобы охватить все сразу, но из-за отсутствия схемы я подытожил, что может быть сложно дать хороший ответ, поэтому я подумал, что буду стонать и стонать об использовании терминов вместо LOL.
0,8 А означает, что ваша печатная плата будет рассеивать около 10 Вт на площади около 3 дюймов (?). 3 4 ~= 1,3 дюйма с обеих сторон.
@SpehroPefhany Прошу прощения, я не правильно выразился. Я имел в виду 0,8 А при 5 В и надеюсь, что оно не превысит 0,5 А. Я не настолько опытен, чтобы считать температурные характеристики платы, но теперь буду иметь в виду.
Если регулятор подает 0,8 А, то плата потребляет 0,8 А при 12 В = 9,6 Вт (плюс то, что регулятор использует внутри). Линейные регуляторы просто растрачивают все тепло, которое не потребляется в нагрузке. В вашем случае, если 800 мА правильно, нагрузка = 4 Вт, регулятор = 6 Вт (достаточно близко). Слишком.
@SpehroPefhany О, понятно. Итак, должен ли я вместо этого использовать импульсный стабилизатор, такой как TL2575 ? И спасибо, что указали на это. Для этого прототипа я могу поддерживать низкое напряжение питания (например, 6 В), чтобы избежать рассеивания мощности от самого стабилизатора, но позже мне придется найти более эффективный способ преобразования постоянного тока в постоянный.
@Andyaka Теперь, когда я знаю разницу между линейными и импульсными регуляторами, я понимаю, что вы имели в виду, когда сказали, что мне не нужно использовать LDO.
Да, импульсный источник питания, вероятно, был бы лучше, если бы потреблял значительный ток. Существуют более современные чипы, которые работают на более высоких частотах, чем TL2575 (~ 50 кГц), поэтому катушка индуктивности может быть меньше.

Ответы (2)

Я не уверен, что знаю, как лучше построить доску, но я знаю, что бы я сделал.

  1. Расположение регулятора 12В на 5В, будь то линейный или импульсный, значения не имеет. Угол доски в порядке.
  2. Я бы не стал заморачиваться заполнением верхней или нижней части платы заземляющими пластинами. Импеданс сигнальных дорожек определяется внутренними плоскостями, а не дополнительной медью, которую вы заливаете снаружи. Дополнительная медь не экранирует внутренние сигналы, все, что находится под ней, — это силовые и заземляющие слои. Вместо этого подключайте выводы заземления и питания компонентов напрямую, как можно ближе к выводу, к плоскостям.
  3. Не разделяйте переходы питания и земли между разными устройствами. Одно переходное отверстие на контакт минимизирует шум на контакте и расстояние трассировки до заземляющего слоя. Если вас так беспокоит стоимость производства, что несколько переходных отверстий будут значительными, вы должны поставлять очень большие объемы, поэтому вы можете создать прототип дюжины различных макетов, чтобы оптимизировать его. Если это единичный случай, самый большой риск затрат заключается в том, что вы не получите все правильно с первого раза, поэтому будьте осторожны и используйте много переходных отверстий.
  4. Поместите переходное отверстие рядом с каждым выводом заземления компонента (не обязательно каждым сигнальным выводом компонента, который должен быть подключен к земле). Минимальный шум на плоскостях питания и заземления обеспечивается эффективной развязкой. Высокочастотный шум сводится к минимуму за счет использования физически небольших керамических конденсаторов и расположения переходных отверстий питания и заземления близко друг к другу — по возможности, под конденсатором. Площадь поперечного сечения контура от плоскости питания вверх через переходные отверстия к конденсатору, вдоль конденсатора и вниз через переходные отверстия к заземляющему слою устанавливает нижний предел эффективности развязки.
  5. Я бы определенно не стал ставить какие-либо расколы в плоскости земли. Вместо этого, если есть аналоговые сигналы, чувствительные к шуму, я бы не стал направлять цифровые сигналы близко к ним. Я бы попытался оставить эти чувствительные аналоговые сигналы только на верхнем слое, если это возможно, вообще без переходных отверстий на дне. Если бы я мог изолировать область чувствительных соединений все вместе на верхнем слое, я бы проложил одну петлю трассировки вокруг нее на верхнем слое и соединил бы эту петлю в одной точке переходным отверстием с заземляющей пластиной. Этот подход хорошо работал для меня в прошлом с очень чувствительными сигналами.

И, наконец: вполне возможно, что какой-то хитрый метод совместного использования заземления может уменьшить шум в аналоговой проводке, но вам нужно знать точную схему и очень хорошо подумать, чтобы быть уверенным. Эти эмпирические правила очень хорошо сработали для меня.

Удачи!

Я не понимаю, как бы вы проложили одну петлю трассы по всему верхнему слою и соединили эту петлю в одной точке переходным отверстием с плоскостью земли . Не могли бы вы расширить это, пожалуйста?
Чувствительное аналоговое соединение — это соединение, которое может быть нарушено сопутствующим шумом от других дорожек. Например, вход виртуальной земли на быстродействующем операционном усилителе. Если возможно, проложите все провода этого соединения на верхнем слое. Затем проведите сигнальную дорожку в виде петли, полностью огибая это соединение снаружи, не касаясь его, и заземлите эту сигнальную дорожку одним переходным отверстием. Петля уменьшает связь с чувствительным соединением от любых соседних дорожек на верхнем слое.
Вы имеете в виду окружить сигнальные дорожки и контактные площадки заземляющими дорожками или заземляющим островком?
Следы аналогового сигнала находятся только на верхнем слое и тянутся по всей плате снизу вверх до АЦП (верхняя плоскость U5). Говоря о циклах: мне всегда говорили избегать создания циклов. Разве маршрутизация трассировки сигнала в петле не вызовет проблемы?
Если у вас есть длинные аналоговые трассы, то петли маршрутизации вокруг них не будут практичными. Я думал о нескольких небольших компонентах, расположенных близко друг к другу. Переменное магнитное поле может индуцировать токи в контурах и, таким образом, вызывать разность напряжений вдоль контура, что вредно для сигналов. Поскольку экранирующий контур не используется для сигнализации и имеет только одно переходное соединение с землей, это не имеет значения.

Я думаю, что общая практика должна заключаться в том, чтобы поддерживать сплошную плоскость, где это возможно, а затем размещать шумные компоненты ближе к периферии, чтобы они не загрязняли чувствительные узлы.

Вы можете разместить свой LDO где угодно, если вы собираетесь поместить его выход на плоскость. Периферия, рядом с разъемом 12 В, может быть естественным местом для него. Обязательно хорошо прикрепите его к плоскости с большим количеством переходных отверстий.

И наоборот, вы можете поставить 12 В на плоскость и получить LDO 5 В в нескольких точках, которые вам нужны, с толстой верхней медью.

Источник питания и размещение силовых плоскостей на печатной плате
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v