As camadas terrestres AGND e DGND devem ser separadas?
A resposta simples é que depende da situação, e a resposta detalhada é que geralmente não estão separados.Porque na maioria dos casos, separar a camada de aterramento só aumentará a indutância da corrente de retorno, o que traz mais mal do que bem.A fórmula V = L(di/dt) mostra que à medida que a indutância aumenta, o ruído da tensão aumenta.E à medida que a corrente de comutação aumenta (porque a taxa de amostragem do conversor aumenta), o ruído de tensão também aumentará.Portanto, as camadas de aterramento devem ser conectadas entre si.
Um exemplo é que em algumas aplicações, para atender aos requisitos de projeto tradicionais, é necessário colocar alimentação de barramento sujo ou circuito digital em determinadas áreas, mas também pelas restrições de tamanho, fazendo com que a placa não consiga uma boa partição de layout, neste Neste caso, uma camada de aterramento separada é a chave para obter um bom desempenho.Contudo, para que o projeto geral seja eficaz, essas camadas de aterramento devem ser conectadas em algum lugar da placa por uma ponte ou ponto de conexão.Portanto, os pontos de conexão devem ser distribuídos uniformemente pelas camadas de aterramento separadas.Em última análise, muitas vezes haverá um ponto de conexão na PCB que se torna o melhor local para a passagem da corrente de retorno sem causar degradação no desempenho.Este ponto de conexão geralmente está localizado próximo ou abaixo do conversor.
Ao projetar as camadas da fonte de alimentação, use todos os traços de cobre disponíveis para essas camadas.Se possível, não permita que essas camadas compartilhem alinhamentos, pois alinhamentos e vias adicionais podem danificar rapidamente a camada de fonte de alimentação, dividindo-a em pedaços menores.A escassa camada de potência resultante pode comprimir os caminhos de corrente para onde eles são mais necessários, ou seja, os pinos de potência do conversor.Comprimir a corrente entre as vias e os alinhamentos aumenta a resistência, causando uma ligeira queda de tensão nos pinos de alimentação do conversor.
Finalmente, o posicionamento da camada de fonte de alimentação é crítico.Nunca empilhe uma camada de fonte de alimentação digital barulhenta sobre uma camada de fonte de alimentação analógica, ou as duas ainda poderão se acoplar mesmo que estejam em camadas diferentes.Para minimizar o risco de degradação do desempenho do sistema, o projeto deve separar esses tipos de camadas em vez de empilhá-las sempre que possível.
O projeto do sistema de fornecimento de energia (PDS) de um PCB pode ser ignorado?
O objetivo do projeto de um PDS é minimizar a ondulação de tensão gerada em resposta à demanda de corrente da fonte de alimentação.Todos os circuitos requerem corrente, alguns com alta demanda e outros que exigem que a corrente seja fornecida em uma taxa mais rápida.O uso de uma camada de energia ou de aterramento de baixa impedância totalmente desacoplada e uma boa laminação de PCB minimiza a ondulação de tensão devido à demanda de corrente do circuito.Por exemplo, se o projeto for projetado para uma corrente de comutação de 1A e a impedância do PDS for de 10mΩ, a ondulação máxima de tensão será de 10mV.
Primeiro, uma estrutura de pilha de PCB deve ser projetada para suportar camadas maiores de capacitância.Por exemplo, uma pilha de seis camadas pode conter uma camada de sinal superior, uma primeira camada de terra, uma primeira camada de potência, uma segunda camada de potência, uma segunda camada de terra e uma camada de sinal inferior.A primeira camada de aterramento e a primeira camada de fonte de alimentação são fornecidas para estarem próximas uma da outra na estrutura empilhada, e essas duas camadas são espaçadas de 2 a 3 mils entre si para formar uma capacitância de camada intrínseca.A grande vantagem deste capacitor é que ele é gratuito e só precisa ser especificado nas notas de fabricação da PCB.Se a camada de fonte de alimentação precisar ser dividida e houver vários barramentos de alimentação VDD na mesma camada, a maior camada de fonte de alimentação possível deverá ser usada.Não deixe buracos vazios, mas preste atenção também aos circuitos sensíveis.Isto maximizará a capacitância dessa camada VDD.Se o projeto permitir a presença de camadas adicionais, duas camadas adicionais de aterramento deverão ser colocadas entre a primeira e a segunda camadas da fonte de alimentação.No caso do mesmo espaçamento entre núcleos de 2 a 3 mils, a capacitância inerente da estrutura laminada será duplicada neste momento.
Para a laminação ideal da PCB, capacitores de desacoplamento devem ser usados no ponto de entrada inicial da camada de fonte de alimentação e ao redor do DUT, o que garantirá que a impedância do PDS seja baixa em toda a faixa de frequência.Usar vários capacitores de 0,001 µF a 100 µF ajudará a cobrir essa faixa.Não é necessário ter capacitores em todos os lugares;acoplar capacitores diretamente ao DUT violará todas as regras de fabricação.Se medidas tão severas forem necessárias, o circuito terá outros problemas.
A importância das almofadas expostas (E-Pad)
Este é um aspecto fácil de ignorar, mas é fundamental para alcançar o melhor desempenho e dissipação de calor do design da PCB.
O bloco exposto (pino 0) refere-se a um bloco abaixo da maioria dos CIs de alta velocidade modernos e é uma conexão importante por meio da qual todo o aterramento interno do chip é conectado a um ponto central abaixo do dispositivo.A presença de um pad exposto permite que muitos conversores e amplificadores eliminem a necessidade de um pino terra.A chave é formar uma conexão elétrica estável e confiável e uma conexão térmica ao soldar esta almofada ao PCB, caso contrário o sistema pode ser gravemente danificado.
Conexões elétricas e térmicas ideais para almofadas expostas podem ser alcançadas seguindo três etapas.Primeiro, sempre que possível, as almofadas expostas devem ser replicadas em cada camada da PCB, o que proporcionará uma conexão térmica mais espessa para todo o aterramento e, portanto, rápida dissipação de calor, especialmente importante para dispositivos de alta potência.Do lado elétrico, isto proporcionará uma boa conexão equipotencial para todas as camadas de aterramento.Ao replicar as almofadas expostas na camada inferior, elas podem ser usadas como ponto de aterramento de desacoplamento e local para montagem de dissipadores de calor.
Em seguida, divida as almofadas expostas em várias seções idênticas.Um formato xadrez é melhor e pode ser obtido por meio de grades cruzadas de tela ou máscaras de solda.Durante a montagem de refluxo, não é possível determinar como a pasta de solda flui para estabelecer a conexão entre o dispositivo e a PCB, portanto a conexão pode estar presente, mas distribuída de forma desigual, ou pior, a conexão é pequena e localizada no canto.A divisão da almofada exposta em seções menores permite que cada área tenha um ponto de conexão, garantindo assim uma conexão confiável e uniforme entre o dispositivo e a PCB.
Finalmente, deve ser assegurado que cada seção tenha uma conexão over-hole com o terra.As áreas geralmente são grandes o suficiente para acomodar múltiplas vias.Antes da montagem, certifique-se de preencher cada via com pasta de solda ou epóxi.Esta etapa é importante para garantir que a pasta de solda exposta não flua de volta para as cavidades das vias, o que de outra forma reduziria as chances de uma conexão adequada.
O problema do acoplamento cruzado entre as camadas do PCB
No projeto de PCB, a fiação do layout de alguns conversores de alta velocidade inevitavelmente terá uma camada de circuito acoplada de forma cruzada com outra.Em alguns casos, a camada analógica sensível (energia, terra ou sinal) pode estar diretamente acima da camada digital de alto ruído.A maioria dos designers pensa que isso é irrelevante porque essas camadas estão localizadas em camadas diferentes.É este o caso?Vejamos um teste simples.
Selecione uma das camadas adjacentes e injete um sinal nesse nível e, em seguida, conecte as camadas de acoplamento cruzado a um analisador de espectro.Como você pode ver, existem muitos sinais acoplados à camada adjacente.Mesmo com um espaçamento de 40 mils, há uma sensação de que as camadas adjacentes ainda formam uma capacitância, de modo que em algumas frequências o sinal ainda será acoplado de uma camada a outra.
Supondo que uma parte digital de alto ruído em uma camada tenha um sinal de 1V de um comutador de alta velocidade, a camada não acionada verá um sinal de 1mV acoplado da camada acionada quando o isolamento entre as camadas for de 60dB.Para um conversor analógico-digital (ADC) de 12 bits com oscilação de escala total de 2Vp-p, isso significa 2LSB (bit menos significativo) de acoplamento.Para um determinado sistema, isto pode não ser um problema, mas deve-se notar que quando a resolução é aumentada de 12 para 14 bits, a sensibilidade aumenta por um fator de quatro e, portanto, o erro aumenta para 8LSB.
Ignorar o acoplamento entre planos/camadas cruzadas pode não causar falha no projeto do sistema ou enfraquecê-lo, mas deve-se permanecer vigilante, pois pode haver mais acoplamento entre as duas camadas do que se poderia esperar.
Isto deve ser observado quando o acoplamento espúrio de ruído é encontrado dentro do espectro alvo.Às vezes, a fiação do layout pode levar a sinais não intencionais ou ao acoplamento cruzado de camadas com diferentes camadas.Tenha isto em mente ao depurar sistemas sensíveis: o problema pode estar na camada abaixo.
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Horário da postagem: 27 de abril de 2022