Identifizieren von Entkopplungskondensatoren in Schaltplänen und richtiges Routing zu ICs

Ich bin ein Chemiestudent, der versucht, ein 4-Lagen-PCB-Design aus einem vorgefertigten Schaltplan zu replizieren. Dies ist mein erstes PCB-Projekt.

Das Design:

Der Stapel:

  • Obere Signal-/Komponentenebene (Buchsen, Potis, Tasten)
  • PWR interne Ebene
  • GND interne Ebene
  • Untere Signal-/Komponentenschicht (die Schicht mit allen Komponenten).

Allgemein:

  • Ein Audiosignalprozessor (Audioverzögerungseinheit).
  • Stromverbrauch: +12-V-Schiene: 188 mA max. / -12-V-Schiene: 48 mA max
  • Digitalleistung: 3,3 V
  • Audioausgang: +10,5 V bis -10,5 V maximale Ausgangsleistung
  • Taktsignalausgang: 0 V bis 8,2 V

Hauptbestandteile:

Den vollständigen Schaltplan finden Sie hier.

Während ich mein Board verlegte, bemerkte ich, dass einige der Kondensatoren sowohl mit GND (vom Flugzeug über) als auch mit PWR (3,3 V, vom Flugzeug über) und sonst nichts verbunden waren. Ich fand das seltsam und erfuhr dann, dass dies vermutlich Entkopplungskondensatoren sind, die zur Minderung von Wechselstromrauschen auf Gleichstromschienen verwendet werden. Ich überprüfte dann den Schaltplan und fand einige scheinbar zufällige (für mich) eigenständige Sätze parallel geschalteter Kondensatoren in den Schaltplänen, dachte mir aber nichts dabei.

STM-IC, vermutete Sätze parallel geschalteter Entkopplungskondensatoren oben rechts:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Sdram mit seinem vermutlich zugeordneten Satz von Entkopplungskondensatoren:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Zeitausgangskanal, mit einigen vermuteten Entkopplungskondensatoren:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Taktausgangskanäle mit vermuteten Entkopplungskondensatoren für zwei Kanäle, aber nicht alle:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

PWR-Teil mit vermuteten Entkopplungskondensatoren:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Meine Fragen:

Wie erkennt man, welcher Satz von Entkopplungskondensatoren zu einem bestimmten IC/Leistungschip gehören sollte? Warum sind diese Kappen im Schaltplan nicht direkt mit dem IC verbunden? Wie leitet man diese Kondensatoren außerdem zu den Pads des ICs?

Meine Gedanken:

  • Nehmen wir den STM-Chip, er hat 13 Verbindungen, die direkt (kein Widerstand oder Kondensator in Reihe geschaltet) auf 3,3 V und 9 Verbindungen direkt auf GND gehen. Ich wollte vorschlagen, dass diese parallel zwischen den 3,3-V- und den GND-Pads auf dem Chip platziert werden sollten - aber der Satz parallel geschalteter Kondensatoren, der dem IC im Schaltplan am nächsten liegt, besteht aus 2 Sätzen von 6 parallel geschalteten Kondensatoren. Das passt also scheinbar nicht zusammen.

Ein mutmaßliches Beispiel für dieses Routing:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

  • Verlegen/verbinden Sie die Kondensatoren parallel und verbinden Sie dann die 3,3 V/GND-Ein-/Ausgänge parallel mit den jeweiligen Pads. Ein Satz pro zwei IC-Seiten.

Ein mutmaßliches Beispiel für dieses Routing (mit 2 Kondensatoren als Beispiel):

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Alle mögliche Gedanken würden sehr geschätzt.

Wow. Das ist ungefähr 20 Mal größer als meine ersten Projekte ... Und hat doppelt so viele Schichten ... Und ich habe EE studiert (aber nicht speziell Schaltungsdesign darin)!
Höchstwahrscheinlich hat jedes Teil im Datenblatt eine Umgehung vorgeschlagen. Zumindest der STM32 tut es. Haben Sie die Chip-Datensätze gelesen? Aber um eine Platine zu klonen, benötigen Sie die Originalplatine, um zu sehen, wo sich jede Komponente befindet.
@Justme Ich schaue mir jetzt die Datenblätter an. Ja, das tue ich tatsächlich und habe die Komponenten in nahezu identischen Positionen platziert.

Antworten (1)

Warum sind die Kappen im Schaltplan nicht direkt mit dem Chip verbunden? Das ist Sache desjenigen, der den Schaltplan zeichnet. Bei größeren Chips mit mehreren pwr/gnd-Pins (z. B. bga) ist es jedoch üblich, das Schaltplansymbol in mehrere Teile zu unterteilen, wobei ein Teil pwr/gnd-Pins sind. Was das Routing von Bypass-Kappen betrifft - darüber wurde viel geschrieben. Vor kurzem wurde hier dieselbe Frage gestellt und es gab nützliche Links. Grundsätzlich möchten Sie die Schleifengröße zwischen dem Chip und der Kappe minimieren. Platzierung von Durchkontaktierungen, Spurlänge/Dicke spielen alle eine Rolle. Die Wahl des eigentlichen Kondensators kann entscheidend sein – lesen Sie das Kleingedruckte auf Kondensatoren wie X7R und YUV. Nur weil es sich um eine 10uF-Kappe handelt, heißt das nicht, dass Sie tatsächlich in die Nähe davon kommen.

Im Allgemeinen ist die Umgehung von Kappen auf Analog weniger kritisch - Spitzenströme und -frequenzen sind normalerweise geringer. Es ist also wahrscheinlich nicht erforderlich, 4 Kappen auf einen LM324 zu setzen.

..."4 Kappen auf einem LM324..." - ?
Die Operationsverstärker waren eigentlich TL082s, nicht lm324s, wie ich erwähnte.
4 Kapseln? Es scheint mir, dass die TL082-Chips, die Taktsignale verarbeiten, 2 Kondensatoren zwischen +12 V-GND und -12 VA-GND haben. Ich nehme an, sie werden hinzugefügt, um Taktjitter zu mildern.
Ein Paar Kondensatoren für jedes tl082-Paket - ich hatte mir den Schaltplan nicht genau angesehen, also mein Fehler. Wenn Sie sich Sorgen um Taktjitter machen würden, würden Sie keine Operationsverstärker verwenden.
Ich mache mir Sorgen um Jitter - Glauben Sie nicht, dass dies der Grund für ihre Aufnahme ist? Warum sollte man keine Operationsverstärker verwenden? Übrigens, was halten Sie für einen niedrigen Jitter?
mit "ihr" meine ich das Paar der Kondensatoren
Bypass-Kondensatoren werden hauptsächlich verwendet, um der Induktivität der Leistungsbahnen der Leiterplatte entgegenzuwirken. Ohne diese würden die Spannungen an den ICs beim Schalten herumspringen und Probleme mit der Signalintegrität verursachen, wodurch das System unzuverlässig würde. Der Jitter, über den Sie sich Sorgen machen, ist wahrscheinlich eher auf Latenz als auf schaltungsbedingte Probleme zurückzuführen.
hmm ... Ich habe gerade die Bypass-Kondensatoren an den Operationsverstärkern bemerkt, die Taktsignale verarbeiten, und nicht an den anderen identischen Operationsverstärkern.