Расположение развязывающих конденсаторов

Таким образом, вы могли бы написать книгу с ответом на этот вопрос, на самом деле, я думаю, что у меня есть некоторые на моей полке.

Давайте пробежимся по вашим вопросам.

Стоит ли использовать 4-слойную плату вместо 2-слойной? Я говорю абсолютно да, аргумент стоимости перехода на 2 слоя в лучшем случае слаб по сравнению с преимуществами. Очевидно, что это можно сделать, и это делается, и в случае с этим устройством я вижу, что они разместили VCC и GND рядом друг с другом, чтобы упростить выполнение этого. Так что, хотя я бы выбрал 4 слоя, вы, вероятно, можете обойтись 2, если хотите.

Зачем развязывать?

Теперь, не вдаваясь слишком глубоко, рассмотрим цель разделения вашего процессора. Вы пытаетесь подать на него стабильное напряжение, несмотря на то, что он требует динамического тока. Например, когда ваш процессор активен, и его транзисторы переключаются, они требуют большего тока. Этот ток представляет собой изменение, увеличение потребляемого тока в установившемся режиме. Теперь у вас есть переменный ток, но откуда вы собираетесь взять этот ток?

Ну, сначала на кристалле есть небольшая развязка, но затем он пытается протянуть его через контакты питания и заземления пакета. Он хочет добраться до того конденсатора, который вы разместили за пределами вашего устройства, но прежде чем он туда доберется, он должен пройти через соединительные провода и / или подложку корпуса, выйти из контактов и пройти по вашим дорожкам. Все это влияет на индуктивность и, в конечном счете, на импеданс пути от кристалла внутри чипа до конденсатора.

Почему это важно? Хорошо, потому что индуктор «сопротивляется» изменениям тока, следовательно, его импеданс увеличивается с увеличением частоты. Это упрощение, но что происходит, когда вы пытаетесь перетащить это изменение тока через ваш пакет и маршрутизацию, так это то, что индуктивность ограничивает величину тока, которую вы можете получить.
Таким образом, ваша цель при размещении развязывающих конденсаторов всегда должна заключаться в том, чтобы свести к минимуму импеданс и, следовательно, индуктивность от контакта до цоколя. Теперь с таким корпусом QFP вы можете обнаружить, что самое короткое соединение находится прямо у контактов, с 4-слойной платой и BGA оно может быть прямо под ним, но на практике вы также можете добиться еще более низкого импеданса на верхних слоях.

Не игнорируйте GND. Ток течет по петле, вам не нужно иметь супер короткий путь к VCC и длинный путь обмотки к GND. Поэтому, если вы собираетесь использовать 2 слоя, я бы поместил колпачки параллельно, как можно ближе к GND и VCC, проложил бы напрямую к контактам, а затем подал бы питание и землю на колпачки. Ваша цель — минимизировать размер цикла. Дополнительные аргументы и выбор 4 слоев

Цель того, что мы называем проектированием сети распределения питания, состоит в том, чтобы свести к минимуму импеданс в диапазоне частот, который будет запрашивать ваш чип. С этой целью наличие хорошей толстой плоскости GND и VCC, ведущей от ваших крышек / деталей к вашему регулятору, будет гораздо более низким путем импеданса для вашей более низкой частоты до постоянного тока. Если не считать этого, рекомендуется использовать толстые широкие следы.

Выбор крышкиДля этого процессора и вашей платы я думаю, что 0,1 мкФ 402 и 0805 10 мкФ - хороший выбор. Меньший размер упаковки помогает вам иметь меньший размер петли. Я могу сделать 201 вручную, никогда не покупал 1005, но с микроскопом проще. Для более сложных конструкций мы выбираем ряд развязывающих конденсаторов, чтобы покрыть диапазон частот, которые может потребовать от нас деталь. Делая это вслепую, просто используя 0,1 мкФ, 0,01 мкФ и 0,001 мкФ, как часто предлагается, может привести к неприятным антирезонансным пикам, дающим вам высокий импеданс и определенные частоты. Опять же, это упрощение, но я не думаю, что стоит копаться в этом здесь. Вам поможет. Интересно отметить, что размещать конденсаторы емкостью 10 мкФ дальше — это нормально, так как их роль в этой конструкции связана с более низкими частотами, где импеданс, вызванный индуктивностью дорожки, будет ниже.

Фактический выбор деталей Существует множество конденсаторов, и обычно мы не даем конкретных рекомендаций по выбору деталей. Но я бы поискал керамический конденсатор 402 0,1 мкФ, возможно, с температурным коэффициентом X7R и номинальным напряжением, вдвое превышающим VCC. Вот пример того, что у меня есть в спецификации

Ваши вопросы

ОК, думаю, длинный ответ, но иногда, если вы понимаете, почему что-то делается, становится легче решить, как это сделать.

Итак, ты говоришь:

2-слойная плата: кажется, для этого подходит, я всегда предпочитаю 4-слойную плату, как описано выше. Есть и другие преимущества, такие как регулируемый импеданс дорожек, меньший шум, более легкое прохождение электромагнитных помех. Я не знаю, что будет делать ваша плата, но без эталонных плоскостей обратный ток ваших дорожек будет вынужден следовать за любыми проводами GND, которые он сможет найти. Становится немного грязно.

Заливка GND: Мех, это поможет сбалансировать медь в верхнем и нижнем слоях для травления и повторной заливки, но на самом деле вы так сильно изрежете ее дорожками, что это не принесет вам особой пользы. Лучше сосредоточиться на подаче питания на этот чип с как можно более низким импедансом. Может быть, вы можете понять, как запустить VCC и GND как две медные заливки?

Компоненты сверху: ОК не имеет большого значения, в данном случае лучше иметь развязку сверху, чем переходить через переходы снизу. Если вы собираете вручную, это не имеет большого значения, но производство будет дешевле.

Следы сверху и снизу: Без этого точно не обойдешься.

Развязка: я подробно говорил об этом.

Ах, что еще о феррите, я не видел этого в примечании к приложению. Я предполагаю, что он используется для изоляции одного из наиболее чувствительных контактов VCC, возможно, PLL или ADC. И это на самом деле идет питание VCC -> феррит -> контакт VCC, с колпачком от контакта VCC к GND? Если это так, то это, вероятно, просто небольшой фильтр.

Есть вопросы? Просто спросите, сложно изложить все, что вам нужно знать о развязке, в одном ответе, но, надеюсь, это поможет.

Если вы занимаетесь этим как любитель — а я ни в малейшей степени не хочу покровительствовать — колпачки 0402 ДЕЙСТВИТЕЛЬНО маленькие. Они требуют терпения, твердых рук и умения не чихнуть рядом с открытым пакетом с конденсаторами, потому что вы разнесете их по всем углам вашей комнаты. И да, я сделал это.

Если вы собираете все это для себя, то, конечно, это их проблема, а не ваша.

Что я обычно делаю с устройствами 4–32 МГц (обычно PIC), так это переключаю крышку на нижнюю часть платы. До сих пор мне не приходилось беспокоиться о тепле, что позволило мне использовать пространство на нижнем слое по своему усмотрению. Я обычно размещаю сквозное отверстие на внутреннем или внешнем краю контактных площадок микросхемы, которое проходит прямо через увеличенную контактную площадку крышки 0805 или, если мне не хватает места, 0603. Если вы меняете ориентацию колпачков, вы можете чередовать заземляющий контакт между «лицом к» и «лицом от» IC, так что у вас будет прямая дорожка заземления, идущая вдоль нижней стороны контактов с выступающими из него колпачками. Это помогает свести к минимуму риск пайки двух соседних колпачков, что приведет к их короткому замыканию, потому что у вас есть зазор между каждым анодом.

Глядя на другие печатные платы от продуктов массового производства бытовой электроники с микроконтроллерами с тактовыми частотами, подобными вашей, кажется, что нормой является размещение 0805 или 0603 как можно ближе к выводу IC, на том же слое, с переходным отверстием. внизу, который соединяется с любой трассировкой, которая ему нужна внизу. В случае контактов, используемых для ввода или вывода, дорожка обычно выходит через переходное отверстие на другой стороне крышки, которое присоединяется прямо к площадке подтягивающего резистора. Это дает два бесшовных ряда плотно упакованных конденсаторов и резисторов, что экономит место, но почему-то кажется... неуклюжим, по крайней мере, в том, что касается чрезмерного использования переходных отверстий.

Для бесконтактных конденсаторов стандартным выбором является 100 нФ. Керамика подойдет; не тратьте деньги на модные. Сэкономьте деньги на хороших катушках индуктивности и развязывающих колпачках вдоль шин питания. Я рекомендую использовать бесконтактные колпачки для ВСЕХ используемых контактов, силовых или иных.

Прежде чем двигаться дальше, ознакомьтесь с документацией производителя микросхемы. Я был бы удивлен, если бы они не упомянули эту тему - в таблицах данных для прецизионных усилителей и тому подобного вы найдете множество правил, которые можно и нельзя делать.

Когда дело доходит до компоновки контактных площадок для поверхностного монтажа, мы хотим, чтобы припой равномерно заполнил каждую область компонента. Это обеспечивает хорошие соединения и минимальное механическое напряжение и, следовательно, надежность. Это диктуется площадью поверхности и профилем нагрева. Итак, вот несколько указателей.

1. сделать все колодки одного размера. В случае 0402 вам нужна симметричная часть
   • это гарантирует, что у нас будет одинаковое количество припоя с обеих сторон
2. сделайте медь, соединяющую площадки, одинаковой ширины
   • это означает, что тепло уходит от колодок равномерно, и обе колодки нагреваются примерно с одинаковой скоростью.
3. если контактная площадка подключена к большому радиатору, рассмотрите возможность добавления тепловых разгрузок в виде более тонкой или более длинной соединительной дорожки для компенсации

Существуют более продвинутые методы разводки, но описанные выше помогут вам получить плату, на которой нет надгробных частей.