Layout von Entkopplungskondensatoren

Man könnte also ein Buch mit der Antwort auf diese Frage füllen, tatsächlich glaube ich, dass ich einige in meinem Regal habe

Lassen Sie uns Ihre Fragen durchgehen.

Sollten Sie statt einer 2-Lagen-Platte eine 4-Lagen-Platte verwenden? Ich sage absolut ja, das Kostenargument für 2 Layer ist im Vergleich zu den Vorteilen bestenfalls schwach. Offensichtlich kann es getan werden und wird getan, und in diesem Gerätefall sehe ich, dass sie VCC und GND direkt nebeneinander platziert haben, um dies einfacher zu erreichen. Während ich also 4 Schichten wählen würde, können Sie wahrscheinlich mit 2 davonkommen, wenn Sie möchten.

Warum entkoppeln?

Betrachten Sie jetzt, ohne zu tief zu gehen, das Ziel, Ihren Prozessor zu entkoppeln. Sie versuchen, ihm eine stabile Spannung zuzuführen, obwohl er dynamische Stromanforderungen hat. Wenn Ihr Prozessor beispielsweise aktiv ist und seine Transistoren schalten, fordern sie mehr Strom an. Dieser Strom ist eine Änderung, eine Erhöhung der Stromaufnahme im stationären Zustand. Jetzt haben Sie einen sich ändernden Strom, aber woher werden Sie diesen Strom bekommen?

Nun, zuerst gibt es eine kleine Entkopplung auf dem Chip, aber dann versucht er, ihn durch die Stromversorgungs- und GND-Pins des Gehäuses zu ziehen. Es möchte zu dem Kondensator gelangen, den Sie außerhalb Ihres Geräts platziert haben, aber bevor es dort ankommt, muss es durch die Bonddrähte und / oder das Gehäusesubstrat, aus den Stiften und Ihre Leiterbahnen wandern. All dies trägt zur Induktivität und letztendlich zur Impedanz des Pfades vom Chip im Inneren des Chips zum Kondensator bei.

Warum ist das wichtig? Nun, weil eine Induktivität Stromänderungen „widersteht“, steigt ihre Impedanz mit zunehmender Frequenz. Das ist eine Vereinfachung, aber was passiert, wenn Sie versuchen, diese Stromänderung durch Ihr Paket und Routing zu ziehen, ist, dass die Induktivität die Strommenge begrenzt, die Sie erhalten können.
Ihr Ziel bei der Platzierung Ihrer Entkopplungskondensatoren sollte also immer sein, die Impedanz und damit die Induktivität vom Stift zu Ihrer Kappe zu minimieren. Bei einem QFP-Gehäuse wie diesem befindet sich die kürzestmögliche Verbindung möglicherweise direkt an den Pins, bei einer 4-Lagen-Platine und einem BGA möglicherweise direkt darunter, aber in der Praxis können Sie auch auf den oberen Schichten eine noch niedrigere Impedanz erzielen.

Ignorieren Sie GND auch nicht. Strom fließt in einer Schleife, es nützt Ihnen nichts, einen superkurzen Pfad zu VCC und einen langen gewundenen Pfad zu GND zu haben. Wenn Sie also 2 Schichten verwenden, würde ich die Kappen so nah wie möglich an GND und VCC parallel legen, direkt zu den Pins führen und dann Strom und Masse in die Kappen bringen. Ihr Ziel ist es, die Schleifengröße zu minimieren. Mehr 4-Schicht-Argumente und Auswahl

Das Ziel dessen, was wir Power Distribution Network Design nennen, ist die Minimierung der Impedanz über den Frequenzbereich, den Ihr Chip anfordert. Zu diesem Zweck ist eine schöne fette GND- und VCC-Ebene, die von Ihren Kappen / Teilen zu Ihrem Regler führt, ein Weg mit viel niedrigerer Impedanz für Ihre niedrigere Frequenz bis hinunter zu DC. Abgesehen davon sind fette breite Spuren zu empfehlen, wenn Sie können.

KappenauswahlFür diesen Prozessor und Ihr Board denke ich, dass 0,1 uF 402s und 0805 10 uF eine gute Wahl sind. Die kleinere Packungsgröße hilft Ihnen, eine kleinere Schleifengröße zu haben. Ich kann 201 von Hand machen, habe nie ein 1005 gekauft, aber mit einem Mikroskop ist es einfacher. Für komplexere Designs wählen wir eine Reihe von Entkopplungskondensatoren aus, um den Frequenzbereich abzudecken, den das Teil von uns verlangen könnte. Wenn Sie dies blind tun, indem Sie nur 0,1 uF, 0,01 uF und 0,001 uF verwenden, wie häufig vorgeschlagen wird, kann dies zu unangenehmen Antiresonanzspitzen führen, die Ihnen eine hohe Impedanz und bestimmte Frequenzen verleihen. Dies ist wiederum eine Vereinfachung, aber ich denke nicht, dass ich hier darauf eingehen möchte wird dir helfen. Interessanterweise ist es in Ordnung, die 10-uF-Kondensatoren weiter entfernt zu platzieren, da ihre Rolle in diesem Design für die niedrigeren Frequenzen gilt, bei denen die durch die Leiterbahninduktivität verursachte Impedanz niedriger ist.

Aktuelle Teileauswahl Es gibt Unmengen von Kondensatoren, und normalerweise geben wir keine spezifischen Teileempfehlungen. Aber ich würde nach einem 402 0,1uF-Keramikkondensator mit vielleicht einem X7R-Temperaturkoeffizienten und einer doppelt so hohen Nennspannung wie VCC suchen. Hier ist ein Beispiel von einem, das ich auf einer Stückliste habe

Deine Fragen

OK, langatmige Antwort, denke ich, aber manchmal, wenn Sie wissen, warum etwas getan wird, ist es einfacher zu entscheiden, wie es zu tun ist.

Also sagst du:

2-Lagen-Board: Scheint dafür in Ordnung zu sein, ich bevorzuge immer ein 4-Lagen-Board, wie oben erklärt. Es gibt weitere Vorteile wie kontrollierte Impedanz von Leiterbahnen, weniger Rauschen, leichteres Durchlassen von EMI. Ich weiß nicht, was Ihr Board tun wird, aber ohne Referenzebenen wird der Rückstrom Ihrer Spuren gezwungen, allen GND-Drähten zu folgen, die es finden kann. Wird etwas chaotisch.

GND gießt: Meh, es wird helfen, das Kupfer auf der oberen und unteren Schicht zum Ätzen und Reflow auszugleichen, aber Sie werden es wirklich so sehr mit Spuren zerschneiden, dass es Ihnen nicht so viel nützt. Konzentrieren Sie sich besser darauf, diesen Chip mit einer möglichst geringen Impedanz mit Strom zu versorgen. Vielleicht können Sie herausfinden, wie Sie VCC und GND als zwei Kupfergüsse ausführen können?

Bauteile oben: OK ist eigentlich egal, in diesem Fall ist es besser, oben eine Entkopplung zu haben, als durch Vias nach unten zu gehen. Wenn Sie von Hand zusammenbauen, spielt es keine Rolle, aber es wäre billiger in der Herstellung.

Spuren oben und unten: Darauf kommst du sicher nicht mehr verzichten.

Entkopplung: Ich habe ausführlich darüber gesprochen.

Ah, was sonst, oh der Ferrit, das habe ich in der App-Notiz nicht gesehen. Ich gehe davon aus, dass es vielleicht verwendet wird, um einen der empfindlicheren VCC-Pins zu isolieren, vielleicht eine PLL oder einen ADC. Und es geht tatsächlich VCC-Versorgung -> Ferrit -> VCC-Pin, mit der Kappe von VCC-Pin nach GND? Wenn ja, macht das Sinn, es ist wahrscheinlich nur ein kleiner Filter.

Haben Sie Fragen? Fragen Sie einfach, es ist schwierig, alles, was Sie über die Entkopplung wissen müssen, in einer Antwort zusammenzufassen, aber hoffentlich hilft dies.

Wenn Sie dies als Bastler tun - und ich möchte nicht im Geringsten bevormunden - 0402-Kappen sind WIRKLICH klein. Sie erfordern Geduld, ruhige Hände und die Fähigkeit, nicht in die Nähe Ihrer offenen Tüte mit Kondensatoren zu niesen, da Sie jeden einzelnen in jede Ecke Ihres Zimmers blasen werden. Und ja, das habe ich getan.

Wenn Sie alles für sich zusammenbauen, dann ist es natürlich ihr Problem, nicht Ihres.

Bei 4-32-MHz-Geräten (normalerweise PICs) neige ich dazu, die Kappe auf die Unterseite der Platine zu schalten. Ich musste mir bisher keine Sorgen um Hitze machen, sodass ich den Platz auf der unteren Ebene so nutzen kann, wie es mir gefällt. Normalerweise platziere ich eine Durchkontaktierung am inneren oder äußeren Rand der IC-Pads, die direkt durch das vergrößerte Pad einer 0805- oder, wenn ich verzweifelt nach Platz suche, einer 0603-Kappe geht. Wenn Sie die Ausrichtung der Kappen versetzen, können Sie den Erdungsstift zwischen "in Richtung" und "von" dem IC abgewandt wechseln, so dass Sie eine gerade Erdungsspur haben, die entlang der Unterseite der Stifte verläuft, wobei die Kappen herausragen. Dies hilft, das Risiko zu minimieren, dass zwei benachbarte Kappen so gelötet werden, dass sie am Ende kurzgeschlossen werden, weil Sie eine Lücke zwischen jeder Anode haben.

Wenn Sie sich andere Leiterplatten aus Massenprodukten der Unterhaltungselektronik mit Mikrocontrollern mit ähnlichen Taktfrequenzen wie Ihrer ansehen, scheint es die Norm zu sein, einen 0805 oder 0603 so nah wie möglich am IC-Pin auf derselben Ebene mit einer Durchkontaktierung zu platzieren Darunter, das mit der Spur verbunden ist, die es auf der Unterseite benötigt. Bei Pins, die für Ein- oder Ausgänge verwendet werden, erscheint die Leiterbahn normalerweise durch ein Via auf der anderen Seite der Kappe, die direkt mit dem Pad eines Pull-up-Widerstands verbunden ist. Das ergibt zwei nahtlose Linien aus dicht gepackten Kappen und Widerständen, was Platz spart, aber irgendwie ... ungeschickt wirkt, zumindest was die übermäßige Verwendung von Durchkontaktierungen angeht.

Für die Näherungskappen ist 100 nF die Standardwahl. Keramik reicht aus; Verschwenden Sie kein Geld für ausgefallene. Sparen Sie Ihr Geld für einige gute Perleninduktivitäten und Entkopplungskappen entlang der Stromschienen. Ich empfehle eine Proximity-Kappe auf ALLEN verwendeten Pins, Macht oder auf andere Weise.

Bevor Sie fortfahren, überprüfen Sie die Dokumentation des IC-Herstellers. Es würde mich wundern, wenn sie das Thema nicht erwähnen - in Datenblättern für Präzisionsverstärker und dergleichen finden Sie jede Menge DOs und DON'Ts.

Wenn es um das Pad-Layout für SMT geht, sind die Grundlagen, dass Lötmittel jeden Bereich des Bauteils gleichmäßig ausfüllen soll. Dies gewährleistet gute Verbindungen und minimale mechanische Belastung und damit Zuverlässigkeit. Dies wird durch die Oberfläche und das Heizprofil bestimmt. Deshalb hier einige Hinweise.

1. Machen Sie alle Pads gleich groß. Im Falle eines 0402 möchten Sie einen symmetrischen Teil
   • Dies stellt sicher, dass wir auf beiden Seiten die gleiche Menge Lötmittel haben
2. Machen Sie das Kupfer, das die Pads verbindet, gleich breit
   • Dadurch entweicht die Wärme gleichmäßig aus den Pads und beide Pads erwärmen sich etwa gleich schnell
3. Wenn ein Pad mit einem großen Kühlkörper verbunden ist, sollten Sie zum Ausgleich Wärmeentlastungen in Form einer dünneren oder längeren Verbindungsspur hinzufügen

Es gibt fortgeschrittenere Routing-Techniken, aber die oben genannten erhalten Sie ein Board, das keine Tombstone-Teile hat.