Wydaje mi się, że byłem trochę nieświadomy, jeśli chodzi o najdrobniejsze szczegóły układu PCB. Ostatnio przeczytałem kilka książek, które starają się prowadzić mnie prosto i wąsko. Oto kilka przykładów mojej ostatniej płyty, a ja zwróciłem uwagę na trzy pułapki oddzielające. MCU jest pakietem LQFP100, a czapki mają wartość 100nF w pakietach 0402. Przelotki łączą się z płaszczyzną uziemienia i zasilania.

Górna granica (C19) jest umieszczana zgodnie z najlepszymi praktykami (tak jak je rozumiem). Pozostałe dwa nie są. Nie zauważyłem żadnych problemów. Ale znowu tablica nigdy nie była poza laboratorium.

Wydaje mi się, że moje pytanie brzmi: jak duża jest to sprawa? O ile utwory są krótkie, czy to ma znaczenie?

Piny Vref (napięcie odniesienia dla ADC) mają również na sobie czapkę 100nF. Vref + pochodzi z wbudowanego regulatora bocznikowego TL431. Vref- idzie na ziemię. Czy wymagają specjalnego traktowania, takiego jak ekranowanie lub lokalne uziemienie?

EDYTOWAĆ

Dzięki za świetne sugestie! Moje podejście zawsze polegało na nieprzerwanej płaszczyźnie naziemnej. Płaszczyzna uziemienia będzie miała najniższą możliwą impedancję, ale takie podejście może być zbyt uproszczone dla sygnałów o wyższej częstotliwości. Szybko pchnąłem nożem, dodając lokalną masę i lokalną moc pod MCU (część to NXP LPC1768 działający z częstotliwością 100 MHz). Żółte bity są czapkami odsprzęgającymi. Zajrzę do czapek równoległych. Lokalne uziemienie i moc są podłączone do warstwy GND i warstwy 3V3, jeśli jest to wskazane.

Lokalne uziemienie i moc są wykonane z wielokątów (pour). To będzie duże zadanie zmiany trasy, aby zminimalizować długość „ścieżek”. Ta technika ograniczy liczbę ścieżek sygnałowych, które można poprowadzić pod i przez pakiet.

Czy to akceptowalne podejście?

Właściwe omijanie i uziemienie to niestety przedmioty, które wydają się być źle nauczane i źle rozumiane. W rzeczywistości są to dwie osobne kwestie. Pytasz o ominięcie, ale w sposób dorozumiany dostałeś się do uziemienia.

W przypadku większości problemów z sygnałem, a ten przypadek nie jest wyjątkiem, pomaga rozważyć je zarówno w dziedzinie czasu, jak i częstotliwości. Teoretycznie możesz analizować jedno z nich i matematycznie konwertować na inne, ale każdy z nich daje inny wgląd w ludzki mózg.

Oddzielenie zapewnia bliski rezerwuar energii, aby wygładzić napięcie od bardzo krótkotrwałych zmian poboru prądu. Linie z powrotem do zasilacza mają pewną indukcyjność, a zasilacz potrzebuje trochę czasu, aby zareagować na spadek napięcia, zanim wytworzy większy prąd. Na pojedynczej planszy może nadrobić zaległości zwykle w ciągu kilku mikrosekund (nas) lub dziesiątek z nas. Jednak chipy cyfrowe mogą zmienić swój bieżący pobór dużej ilości w zaledwie kilka nanosekund (ns). Osłona odsprzęgająca musi być zbliżona do mocy mikroukładu cyfrowego i przewodów uziemiających, aby wykonać swoje zadanie, w przeciwnym razie indukcyjność w tych przewodach przeszkadza w dostarczeniu dodatkowego prądu szybko, zanim główny prąd zasilający może nadrobić zaległości.

To był widok domeny czasu. W dziedzinie częstotliwości układy cyfrowe to źródła prądu przemiennego między ich pinami zasilania a uziemieniem. Zasilanie prądu stałego pochodzi z głównego zasilacza i wszystko jest w porządku, więc zignorujemy prąd stały. To źródło prądu generuje szeroki zakres częstotliwości. Niektóre częstotliwości są tak wysokie, że mała indukcyjność na stosunkowo długich odcinkach prowadzi do tego, że główny zasilacz zaczyna mieć znaczącą impedancję. Oznacza to, że te wysokie częstotliwości będą powodować lokalne wahania napięcia, o ile nie zostaną wyeliminowane. Osłona obejścia jest bocznikiem o niskiej impedancji dla tych wysokich częstotliwości. Ponownie, przewody do kołpaka obejściowego muszą być krótkie, w przeciwnym razie ich indukcyjność będzie zbyt wysoka i przeszkodzi kondensatorowi w zwarciu prądu wysokiej częstotliwości generowanego przez układ.

W tym widoku wszystkie układy wyglądają dobrze. Za każdym razem nasadka jest bliska mocy i uziemienia. Jednak nie lubię żadnego z nich z innego powodu i ten powód jest uzasadniony.

Dobre uziemienie jest trudniejsze do wyjaśnienia niż obejście. Zajmie to całą książkę, aby naprawdę zająć się tym problemem, więc będę tylko wspominał o kawałkach. Pierwszym zadaniem uziemienia jest dostarczenie uniwersalnego napięcia odniesienia, które zwykle uważamy za 0 V, ponieważ wszystko inne jest rozważane w odniesieniu do sieci uziemiającej. Pomyśl jednak, co się dzieje, gdy biegniesz przez sieć naziemną. Jego rezystancja nie jest równa zeru, co powoduje niewielką różnicę napięcia między różnymi punktami uziemienia. Rezystancja prądu stałego miedzianej płaszczyzny na płytce drukowanej jest zwykle wystarczająco niska, aby nie stanowiło to większego problemu dla większości obwodów. Czysto cyfrowy obwód ma co najmniej 100s marginesów szumu mV, więc kilka 10s lub 100s przesunięcia uziemienia uV nie jest wielkim problemem. W niektórych obwodach analogowych tak jest, ale nie o to tu chodzi.

Pomyśl, co się stanie, gdy częstotliwość prądu płynącego przez płaszczyznę podłoża będzie coraz wyższa. W pewnym momencie cała płaszczyzna uziemienia ma tylko 1/2 długości fali. Teraz nie masz już płaszczyzny uziemienia, tylko antenę. Pamiętajmy teraz, że mikrokontroler jest szerokopasmowym źródłem prądu z komponentami wysokiej częstotliwości. Jeśli przez chwilę pobierzesz jego bezpośredni prąd uziemienia przez płaszczyznę uziemienia, masz antenę centralną zasilaną centralnie.

Rozwiązaniem, którego zwykle używam i dla którego mam dowód ilościowy, że działa dobrze, jest utrzymanie lokalnych prądów o wysokiej częstotliwości poza płaszczyzną uziemienia. Chcesz utworzyć lokalną sieć zasilania mikrokontrolera i połączeń uziemiających, ominąć je lokalnie, a następnie mieć tylko jedno połączenie z każdą siecią do głównego systemu zasilania i sieci uziemiających. Prądy o wysokiej częstotliwości generowane przez mikrokontroler wychodzą z pinów zasilania, przez zaślepki obejściowe i wracają do pinów uziemiających. Wokół tej pętli może być wiele nieprzyjemnych prądów o wysokiej częstotliwości, ale jeśli ta pętla ma tylko jedno połączenie z zasilaniem płyty i sieciami uziemiającymi, wówczas prądy te w dużej mierze nie będą się z nimi wiązać.

Więc, aby przywrócić to do twojego układu, nie podoba mi się to, że każda nasadka obejściowa wydaje się mieć osobne połączenie z zasilaniem i uziemieniem. Jeśli są to główne płaszczyzny zasilania i płaszczyzny uziemienia płyty, to źle. Jeśli masz wystarczającą liczbę warstw, a przelotki naprawdę przechodzą na lokalne płaszczyzny zasilania i płaszczyzny uziemienia, to jest OK, o ile te lokalne płaszczyzny są podłączone do płaszczyzn głównych tylko w jednym punkcie .

Nie potrzeba do tego lokalnych samolotów. Rutynowo stosuję lokalną technikę zasilania i sieci naziemnych nawet na płytach 2-warstwowych. Ręcznie łączę wszystkie styki uziemienia i wszystkie styki zasilania, następnie zaślepki obejścia, a następnie obwód kryształu, zanim poprowadzę cokolwiek innego. Te lokalne sieci mogą być gwiazdą lub czymkolwiek znajdującym się bezpośrednio pod mikrokontrolerem i nadal umożliwiają kierowanie wokół nich innych sygnałów, zgodnie z wymaganiami. Jednak po raz kolejny te sieci lokalne muszą mieć dokładnie jedno połączenie z sieciami zasilającymi i uziemieniem płyty głównej. Jeśli masz płaszczyznę uziemienia na poziomie planszy, będzie tam jedna przez pewne miejsce do połączenia lokalnej sieci uziemienia z płaszczyzną uziemienia.

Zwykle idę trochę dalej, jeśli mogę. Umieszczam ceramiczne nasadki obejściowe 100nF lub 1uF jak najbliżej kołków zasilających i uziemiających, następnie kieruję dwie sieci lokalne (moc i uziemienie) do punktu zasilania i nakładam na nie większą (zwykle 10uF) kołpaki i wykonuję pojedyncze połączenia do uziemienia planszy i sieci zasilania po drugiej stronie czapki. Ta wtórna nasadka zapewnia kolejne bocznikowanie prądów o wysokiej częstotliwości, które uniknęły przecieku przez pojedyncze nasadki obejściowe. Z punktu widzenia reszty płyty zasilanie / zasilanie uziemienia do mikrokontrolera jest ładnie zachowywane bez dużej ilości nieprzyjemnych wysokich częstotliwości.

Więc teraz, aby w końcu odpowiedzieć na pytanie, czy masz układ, w porównaniu z najlepszymi praktykami. Myślę, że wystarczająco dobrze ominąłeś styki zasilania / uziemienia układu. Oznacza to, że powinien działać dobrze. Jeśli jednak każdy z nich ma osobne przejście do głównej płaszczyzny uziemienia, możesz później mieć problemy z zakłóceniami elektromagnetycznymi. Twój obwód będzie działał dobrze, ale możesz nie być w stanie legalnie go sprzedać. Pamiętaj, że transmisja i odbiór RF są wzajemne. Obwód, który może emitować RF ze swoich sygnałów, jest również podatny na wychwytywanie zewnętrznych sygnałów RF i powodowanie zakłóceń na szczycie sygnału, więc nie jest to tylko problem kogoś innego. Twoje urządzenie może na przykład działać poprawnie, dopóki nie uruchomi się pobliska sprężarka. To nie jest tylko scenariusz teoretyczny. Widziałem dokładnie takie przypadki,

Oto anegdota, która pokazuje, jak te rzeczy mogą naprawdę zmienić rzeczywistość. Firma produkowała małe gadżety, których wyprodukowanie kosztowało ich 120 USD. Zostałem zatrudniony do aktualizacji projektu i uzyskania kosztu produkcji poniżej 100 USD, jeśli to możliwe. Poprzedni inżynier tak naprawdę nie rozumiał emisji RF i uziemienia. Miał mikroprocesor, który emitował mnóstwo bzdur RF. Jego rozwiązaniem, aby przejść testy FCC, było zamknięcie całego bałaganu w puszce. Zrobił 6-warstwową deskę ze szlifowaną dolną warstwą, a następnie zlecił niestandardowy kawałek blachy przylutowany na nieprzyjemnym odcinku w czasie produkcji. Pomyślał, że po prostu zamykając wszystko w metalu, nie promieniowałoby. To nie tak, ale na marginesie nie zamierzam teraz w to wchodzić. Puszka rzeczywiście zmniejszyła emisje, więc po prostu skrzypiała podczas testów FCC z 1/2 dB do nadwyżki (że „

Mój projekt wykorzystywał tylko 4 warstwy, jedną płaszczyznę uziemienia o szerokości jednej płyty, brak płaszczyzn mocy, ale lokalne płaszczyzny uziemienia dla kilku wybranych układów scalonych z połączeniami z jednym punktem dla tych lokalnych płaszczyzn uziemienia i lokalnych sieci energetycznych, jak to opisałem. Krótko mówiąc, przekroczyło to limit FCC o 15 dB (to dużo). Dodatkową zaletą było to, że to urządzenie było również częściowo odbiornikiem radiowym, a znacznie cichszy zespół obwodów zasilał radio mniej szumów i skutecznie podwoił jego zasięg (to też dużo). Ostateczny koszt produkcji wyniósł 87 USD. Drugi inżynier nigdy więcej nie pracował dla tej firmy.

Właściwe obejście, uziemienie, wizualizacja i radzenie sobie z prądami pętli wysokiej częstotliwości naprawdę ma znaczenie. W tym przypadku przyczyniło się to do tego, że produkt był jednocześnie lepszy i tańszy, a inżynier, który go nie dostał, stracił pracę. Nie, to naprawdę prawdziwa historia.

Głównym celem sieci dystrybucji energii jest zmniejszenie indukcyjności między podłączonymi komponentami. Jest to najważniejsze w przypadku każdej płaszczyzny, której używasz jako odniesienia (np. „Ziemia”, „vref” lub „powrót”), ponieważ napięcie w tej sieci służy jako odniesienie do napięć na twoich sygnałach. (Np. Progi VIL / VIH sygnału TTL odnoszą się do styku GND układu, a nie do VCC.) Rezystancja w rzeczywistości nie jest tak ważna w większości zastosowań PCB, ponieważ dominuje składnik indukcyjności całkowitej impedancji. (Jednak w układzie scalonym jest to odwrócone: rezystancja jest dominującą częścią impedancji).

Należy pamiętać, że problemy te są najważniejsze w obwodach dużych prędkości (> 1 MHz).

Płaszczyzna odniesienia jako węzeł skupiony

Pierwszą rzeczą, którą należy sprawdzić, jest to, czy płaszczyznę odniesienia można uznać za węzeł skupiony, w przeciwieństwie do linii przesyłowej. Jeśli czas narastania sygnału jest dłuższy niż czas, przez który światło musi przejść z jednej krawędzi tablicy na drugą iz powrotem ( w miedzi ; dobrą zasadą jest 8 cali na nanosekundę), możesz rozważyć płaszczyznę odniesienia być elementem skupionym, a odległość od obciążenia do kondensatora odsprzęgającego nie ma znaczenia. Jest to ważna determinacja, ponieważ ma to wpływ na strategię umieszczania przelotek zasilania i kondensatorów.

Jeśli wymiary płaszczyzny są większe, nie tylko musisz rozłożyć kondensatory odsprzęgające, potrzebujesz także ich więcej, a kondensatory muszą znajdować się w odległości wzrostu obciążenia, które odsprzęgają.

Poprzez indukcyjność

Kontynuując nasze starania, aby zminimalizować indukcyjność, jeśli płaszczyzna jest elementem skupionym, wówczas dominuje indukcyjność między częścią a płaszczyzną. Rozważ C19 w swoim pierwszym przykładzie. Indukcyjność widziana z płaszczyzny do układu jest bezpośrednio związana z obszarem zamkniętym przez tory. Innymi słowy, podążaj ścieżką od płaszczyzny zasilania do układu, a następnie wycofaj bolec uziemiający do płaszczyzny uziemienia, w końcu zamykając pętlę z powrotem przez zasilanie. Twoim celem jest minimalizacja tego obszaru, ponieważ mniejsza indukcyjność oznacza większą szerokość pasma, zanim indukcyjność stanie się dominująca nad pojemnością odsprzęgającą. Pamiętaj, że długość przelotu od powierzchni do płaszczyzny jest częścią ścieżki; trzymanie płaszczyzn odniesienia blisko powierzchni bardzo pomaga. Nierzadko w 6 lub więcej płytach warstwowych pierwsza i ostatnia warstwa wewnętrzna są płaszczyznami odniesienia.

Więc chociaż masz dość małą indukcyjność na początku (domyślam się, że 10-20 nH), można ją zmniejszyć, nadając układowi scalonemu swój własny zestaw przelotek: biorąc pod uwagę twój rozmiar przelotowy, jeden obok styku 97 i drugi w pobliżu pin 95 zmniejszyłby indukcyjność do około 3 nH. Jeśli możesz sobie na to pozwolić, pomogłyby w tym mniejsze przelotki. (Szczerze mówiąc, ponieważ twoja część to LQFP zamiast BGA, może to nie pomóc w ogromnej ilości, ponieważ rama prowadząca w pakiecie mogłaby sama w sobie przyczyniać się do 10 nH. A może nie jest tak bardzo z powodu ... )

Wzajemna indukcyjność

Linie i przelotki prowadzące do obciążenia lub kondensatora nie istnieją w próżni. Jeśli istnieje linia zasilająca, musi istnieć linia powrotna. Ponieważ są to druty z przepływającymi przez nie prądami, wytwarzają pola magnetyczne, a jeśli są wystarczająco blisko siebie, tworzą wzajemną indukcyjność. Może to być szkodliwe (gdy zwiększa całkowitą indukcyjność) lub korzystne (gdy zmniejsza całkowitą indukcyjność).

Jeśli prądy w każdym z równoległych drutów (mówię, że „drut” zawiera zarówno ślad, jak i przelot) idą w tym samym kierunku, wówczas wzajemna indukcyjność zwiększa samoindukcyjność, zwiększając całkowitą indukcyjność. Jeśli prądy w każdym przewodzie idą w przeciwnych kierunkach, wówczas indukcyjność wzajemna odejmuje się od indukcyjności własnej, zmniejszając sumę. Efekt ten staje się silniejszy wraz ze spadkiem odległości między drutami.

Dlatego para drutów prowadzących do tej samej płaszczyzny powinna być daleko od siebie (reguła kciuka: większa niż dwukrotna odległość od powierzchni do płaszczyzny; zakładaj grubość płytki drukowanej, jeśli nie masz jeszcze zaplanowanego zestawu podtrzymującego), aby zmniejszyć całkowitą indukcyjność . Para przewodów prowadzących do różnych płaszczyzn, takich jak każdy opublikowany przykład, powinna znajdować się jak najbliżej siebie.

Wytnij płaszczyzny

Ponieważ indukcyjność jest dominująca i (w przypadku sygnałów o dużej prędkości) jest określona przez ścieżkę, którą prąd przepływa przez sieć, należy unikać cięć płaskich, szczególnie jeśli występują sygnały przecinające to cięcie, ponieważ prąd powrotny (który woli podążać ścieżka bezpośrednio pod śladem sygnału, aby zminimalizować pole pętli, a tym samym indukcyjność) musi wykonać duży objazd, zwiększając indukcyjność.

Jednym ze sposobów zmniejszenia indukcyjności wytwarzanej przez cięcia jest posiadanie lokalnej płaszczyzny, za pomocą której można przeskakiwać nad cięciem. W takim przypadku należy jednak zastosować kilka przelotek, aby zminimalizować długość ścieżki prądu powrotnego, ponieważ są to przelotki, które idą na tę samą płaszczyznę, a zatem mają przepływ prądu w tym samym kierunku, nie należy ich umieszczać blisko siebie inne, ale powinny być oddalone od siebie o co najmniej dwie płaszczyzny.

Należy jednak zachować ostrożność, jeśli ślady sygnału są wystarczająco długie, aby mogły być liniami przesyłowymi (tj. Ponad jeden czas wzrostu lub spadku, w zależności od tego, który jest krótszy), ponieważ wypełnienie gruntu w pobliżu śladu zmieni impedancję tego śladu, powodując odbicie (tj. przeregulowanie, niedokończenie lub dzwonienie). Jest to najbardziej widoczne w sygnałach gigabitowych.

Brak czasu

Chciałbym zbadać, w jaki sposób strategia „jeden kondensator 0,1 uF na pin zasilania” przynosi efekt przeciwny do zamierzonego, jeśli chodzi o nowoczesne konstrukcje, które mogą mieć dziesiątki pinów zasilania na część, ale naprawdę muszę teraz działać. Szczegóły znajdują się w linkach PDN BeTheSignal i Altera poniżej.

Zalecenia (TL; DR)

• Przenieś rozdzielające kondensatory przelotki bliżej siebie, jeśli przelotki te przechodzą do różnych płaszczyzn.
• Umieszczenie wkładki w podkładce jest najlepszą opcją, jeśli możesz sobie na nią pozwolić (musisz wypełnić wkładkę i umieścić podkładkę nad wypełnieniem, co dodaje dzień lub dwa do produkcji i kosztuje więcej pieniędzy). Drugim najlepszym rozwiązaniem jest umieszczenie dwóch przelotek po tej samej stronie nasadki, jak najbliżej siebie i kondensatora. Dodatkowy zestaw przelotek można umieścić po przeciwnej stronie kondensatora, aby przeciąć indukcyjność na pół, ale upewnij się, że dwie przelotowe grupy mają co najmniej grubość płyty (lub dwie odległości płaszczyzny) od siebie.
• Daj układowi scalonemu własne przelotki do mocy i ziemi, utrzymując przelotki przeciwnej sieci blisko siebie, a przelotki tej samej sieci dalej od siebie. Te przelotki mogą być dzielone z kondensatorami odsprzęgającymi, ale lepiej jest mieć więcej przelotek płaskich niż wydłużać ślady do przelotek płaskich. (Moją zwykłą techniką układania jest umieszczenie obciążenia, następnie umieszczenie przelotek zasilania i uziemienia, a na końcu umieszczenie kondensatora odsprzęgającego po przeciwnej stronie płytki, jeśli jest miejsce. (Jeśli nie ma miejsca, kondensator porusza się, a nie przelotki! )
• Zminimalizuj najdłuższy wymiar każdej płaszczyzny odniesienia, aby zminimalizować indukcyjność i umożliwić prostszy model elementu bryłowego dla twojej płaszczyzny. Cięcia samolotów należy zminimalizować, a do ich złagodzenia można użyć lokalnych samolotów.

Zobacz też

• Henry Ott, Inżynieria kompatybilności elektromagnetycznej
• BeTheSignal.com
• Narzędzie do projektowania sieci dystrybucji energii Altera i nota aplikacji - dotyczą one produktów Altera, ale podstawowe strategie dotyczą każdego szybkiego cyfrowego projektu. Narzędzie PDN doskonale nadaje się do obliczania impedancji płaszczyzny przy danych parametrach fizycznych i kondensatorach odsprzęgających. Kładzie mit na łóżku „jedna czapka 0,1 uF na pin zasilania”, pokazując, co naprawdę się dzieje.

Uważam, że zwykle pomaga myśleć o równoważnych obwodach RC, które tworzą ślady, gdy trzeba wziąć pod uwagę zachowanie linii energetycznych (ślady, np. ^{Naprawdę małe} rezystory) i czapki odsprzęgające.

Oto prosty schemat szkicu trzech kapsli, które masz w swoim poście:
^{Nie ma polaryzacji na obrazie, więc po prostu załóż, że jedna „Moc” jest uziemiona, a druga to VCC.}

Istnieją dwa podejścia do oddzielenia - A i C. B nie jest dobrym pomysłem.

A będzie najbardziej skuteczny w powstrzymywaniu rozprzestrzeniania się hałasu z układu scalonego do szyn zasilających twojego systemu. Jest to jednak mniej skuteczne w rzeczywistości rozdzielenie prądu przełączania z urządzenia - bieżący stan stacjonarny i prąd przełączania muszą przepływać przez ten sam śladu.

C jest najbardziej skuteczny w rzeczywistości odsprzęgając IC. Masz osobną ścieżkę do przełączania prądów na kondensator. Dlatego impedancja szpilki do ziemi o wysokiej częstotliwości jest niższa. Jednak więcej hałasu przełączającego z urządzenia spowoduje powrót do szyny zasilającej.
Z drugiej strony powoduje to mniejszą zmienność napięcia na styku układu scalonego i zmniejsza szum zasilania o wysokiej częstotliwości poprzez skuteczniejsze przetaczanie go do ziemi.

Rzeczywisty wybór zależy od implementacji. Idę na C, i używam wielu szyn zasilających, gdy tylko jest to możliwe. Jednak każda sytuacja, w której nie masz miejsca na płycie dla wielu szyn i miksujesz analogowy i cyfrowy, A może być uzasadniona, zakładając, że utrata skuteczności odsprzęgania nie powoduje żadnych szkód.

Jeśli narysujesz równoważny obwód prądu przemiennego, różnica między podejściami stanie się bardziej wyraźna:

C ma dwie oddzielne ścieżki prądu przemiennego do ziemi, podczas gdy A ma tylko jedną.

Odpowiedzi na twoje pytania (wszystkie) w dużej mierze zależą od częstotliwości, które biegną wokół twojego PWA.

Niezależnie od wszystkiego, co zamierzam powiedzieć, pamiętaj, że większość dyskretnych pułapków odsprzęgających staje się bezużyteczna powyżej około 70 MHz. Używanie wielu równoległych znaków może zwiększyć tę liczbę nieco wyżej.

Zasadą jest, że obiekt zaczyna działać jak antena przy L = długość fali / 10. Długość fali = c / f; więc potrzebujemy L <c / (10f). Rozmiary 1 cm stają się ważne przy częstotliwości około 3 GHz. Zanim odetchniesz z ulgą (ponieważ twój zegar działa tylko przy, powiedzmy, 50 MHz), pamiętaj, że musisz pomyśleć o zawartości widmowej krawędzi zegara i przejściach pinów we / wy układu.

Ogólnie rzecz biorąc, chcesz umieścić wiele zaślepek wokół płyty i / lub użyć płyty ze specjalnie zaprojektowanymi płaszczyznami zasilania i uziemienia, które zasadniczo zamieniają całą płytę w kondensator rozproszony.

Indukcyjność ołowiu i ślad (L) wynosi około 15 nH / cal. Jest to równe około 5 omów / cal dla zawartości spektralnej przy 50 MHz i około 20 omów / cal dla zawartości spektralnej przy 200 MHz.

Równoległe wartości „N” wartości C zwiększą C o współczynnik N i zmniejszą L o około współczynnik N. Twój schemat odsprzęgania ma przydatny zakres częstotliwości. NISKI koniec tego zakresu częstotliwości jest ustalany przez całkowitą efektywną pojemność wszystkich twoich limitów. WYSOKI koniec zakresu częstotliwości nie ma nic (powtarzam, nic) nie dotyczy pojemności twoich kondensatorów: Jest to funkcja indukcyjności ołowiu twoich kondensatorów i liczby kondensatorów (i ich rozmieszczenia) w sieci. Efektywna ogólna indukcyjność jest odwrotnie proporcjonalna do N. Dziesięć czapek po 10 nF jest wysoce preferowanych w porównaniu do 1 czapki o wartości 100 nF. 100 kapsli, po 1 nF każdy, jest jeszcze lepsze.

Aby utrzymać EFEKTYWNĄ sieć odsprzęgania C na wysokim poziomie, a EFEKTYWNĄ sieć odsprzęgania L na niskim poziomie, musisz rozdzielić swoje ograniczenia (nie grupować ich w jednym lub kilku miejscach).

Ochrona twoich konwersji A / D przed hałasem to zupełnie inny temat, który w tej chwili przekażę.

Mam nadzieję, że pomogło to odpowiedzieć na niektóre pytania.

Kondensatory bypass spełniają cztery podstawowe funkcje:

1. Minimalizują one gwałtowne zmiany prądów pobieranych przez przewody zasilające (takie zmiany w pobieraniu prądu mogą powodować zakłócenia elektromagnetyczne lub mogą powodować szumy z innymi urządzeniami na płycie)
2. Minimalizują zmiany napięcia między VDD i VSS
3. Minimalizują napięcia między VSS a ziemią
4. Minimalizują napięcia między VDD a szyną dodatnią płyty

Schemat (A) w odpowiedzi Fałszywa nazwa jest zdecydowanie najlepszy do zminimalizowania zmian na przewodach zasilających, ponieważ zmiany prądu pobieranego przez procesor będą musiały zmienić napięcie czapki, zanim spowodują jakąkolwiek zmianę prądu zasilającego. Natomiast na schemacie (C), gdyby indukcyjność do głównego źródła zasilania była dziesięć razy większa niż indukcyjności do zaślepki obejścia, wówczas zasilacz widziałby 10% skoków prądu niezależnie od tego, jak duża lub jak doskonała może być nasadka.

Schemat (C) jest prawdopodobnie najlepszy z punktu widzenia minimalizacji zmian napięcia między VDD i VSS. Domyślam się, że prawdopodobnie ważniejsze jest zminimalizowanie zmian prądu zasilającego, ale jeśli ważniejsze jest utrzymanie stałego napięcia VDD-VSS, schemat (C) może mieć niewielką przewagę.

Jedyną zaletą, którą widzę na schemacie (B), jest to, że prawdopodobnie minimalizuje różnicę napięcia między VDD a dodatnią szyną zasilającą płyty. Niezbyt duża zaleta, ale jeśli ktoś obróci szyny, zminimalizuje różnicę napięcia między VSS a ziemią. W niektórych aplikacjach może to być ważne. Należy zauważyć, że sztuczne zwiększenie indukcyjności między dodatnią szyną zasilającą a VDD może pomóc w zmniejszeniu różnicowych napięć między VSS a ziemią.

Jako notatkę boczną oddzielną od kwestii układu, zauważ, że istnieją powody, aby używać asortymentu wartości kondensatorów (np. 1000pf, 0,01uF i 0,1uF) zamiast kondensatorów 0,1uF w całym tekście.

Powodem jest to, że kondensatory mają pasożytniczą indukcyjność. Dobre kondensatory ceramiczne mają bardzo niską impedancję przy częstotliwości rezonansowej, przy impedancji zdominowanej przez pojemność na niższych częstotliwościach i zdominowanej przez indukcyjność pasożytniczą na wyższych częstotliwościach. Częstotliwość rezonansowa ogólnie maleje wraz ze wzrostem częściowej pojemności (głównie dlatego, że indukcyjność jest prawie taka sama). Jeśli używasz tylko kondensatorów 0,1 uF, zapewniają one dobrą wydajność przy niższych częstotliwościach, ale ograniczają omijanie wysokich częstotliwości. Mieszanka wartości kondensatora zapewnia dobrą wydajność w zakresie częstotliwości.

Pracowałem z jednym z inżynierów, który opracował schemat + układ napędu silnikowego Segwaya, a on obniżył szum przetwornika analogowo-cyfrowego DSP (głównym źródłem jest zegar systemowy DSP) pięciokrotnie 10 poprzez zmianę wartości kondensatora i minimalizację impedancji płaszczyzny uziemienia za pomocą analizatora sieci.

Jest jeszcze jedna sztuczka w minimalizowaniu impedancji między wewnętrznymi szynami GND i VCC w MCU, a płaszczyznami zasilania.

Każdy nieużywany pin we / wy MCU powinien być podłączony do GND lub VCC, tak dobrany, aby mniej więcej taka sama liczba nieużywanych pinów trafiła do VCC jak do GND. Te piny powinny być skonfigurowane jako wyjścia, a ich wartość logiczna powinna być ustawiona zgodnie z szyną zasilającą, do której wyjście jest podłączone.

W ten sposób zapewniasz dodatkowe połączenia między wewnętrznymi szynami zasilania MCU a płaszczyznami zasilania na płytkach. Połączenia te przechodzą po prostu przez indukcyjność pakietu i ESR oraz ESR mosfetu, który jest włączony w sterowniku wyjściowym GPIO.

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony za pomocą CircuitLab}

Ta technika jest tak skuteczna w utrzymywaniu powiązania wnętrza MCU z płaszczyznami zasilania, że ​​czasami opłaca się wybrać pakiet dla danego MCU, który ma więcej pinów niż potrzeba, tylko w celu zwiększenia liczby redundantnych pinów zasilania. Jeśli producent płyt może sobie z tym poradzić, powinieneś także preferować pakiety bezołowiowe (LCC), ponieważ mają one zwykle niższą indukcyjność płyty. Możesz to sprawdzić, sprawdzając model IBIS dla swojego MCU, jeśli taki istnieje.

Zawsze najlepiej jest stosować dobre praktyki, zwłaszcza że nie wymaga to pracy ani kosztów w tego typu projektach.

Powinieneś mieć przelotki jak najbliżej padów kondensatora, aby zminimalizować indukcyjność. Kondensator powinien znajdować się blisko przewodów zasilających i uziemiających układu. Należy unikać routingu na drugim obrazie, a pierwszy nie jest idealny. Jeśli jest to prototyp, zmodyfikowałbym oddzielenie od wersji dla wersji produkcyjnej.

Oprócz wadliwego działania układu w niektórych okolicznościach, możesz zwiększać niepożądane emisje.

Mimo że twój projekt „działa” tak, jak jest, z mojego doświadczenia wynika, że ​​jeśli nie wykonasz „dobrej” pracy w zakresie oddzielania i omijania, Twoje obwody będą mniej niezawodne i bardziej podatne na zakłócenia elektryczne. Może się również okazać, że to, co działa w laboratorium, może nie działać w terenie.