Taktoszillator – Topologie- und PCB-Layout-Empfehlungen

Ich entwerfe eines meiner ersten Layouts und habe viele Artikel und StackExchange-Fragen zu Richtlinien und Empfehlungen gelesen.

Es ist ein Universitätsprojekt, das von einem anderen Studenten realisiert wurde und bei dem ich einige große Fehler korrigieren musste. Ich habe diese korrigiert und versuche nun, das Layout im Allgemeinen zu verbessern. Diese zusätzliche Arbeit ist nicht wirklich erforderlich, aber ich versuche trotzdem, die Dinge so zu machen, wie sie gemacht werden sollten, um mehr zu lernen.

So habe ich das Layout für einen Oszillator NBXDDA016 erstellt , der mit einem DDS AD9958 verbunden ist .

  • C18 und C19 sind 100 nF, die vom DDS für die AC-Eingangskopplung benötigt werden.
  • R25 und R26 sind 50-Ohm-Abschlusswiderstände, die dort platziert sind, nehme ich an, weil sie in einem Beispiel des Oszillator-Datenblatts vorhanden waren.
  • C_TA13 ist ein 10uF Entkopplungskondensator.
  • R25, R26, C18 und C19 sind 0805-Standardpakete.

Abbildung 1

  1. Sind die Abschlusswiderstände R25 und R26 wirklich notwendig? (siehe Aktualisierung 1)
  2. Ist 10uF für C_TA13 zu hoch für seinen Zweck?
  3. Angenommen, der Schaltplan stimmt, habe ich das Gefühl, dass ich mit dem Layout einen schrecklichen Job gemacht habe. Ich habe versucht, alle Versorgungs- und Erdungsstifte miteinander zu verbinden, bevor ich nur an einer Stelle mit Durchkontaktierungen zu den Erdungs- und Stromversorgungsebenen ging. Sehen Sie irgendwelche Probleme mit diesem Layout?
  4. Sollte ich die Oszillatormasse mit der DDS-Masse auf der obersten Schicht verbinden und dann nur am Wärmeleitpad des DDS mit der Masseebene verbinden?

AKTUALISIERUNG 1

  • Der DDS hat eine Eingangsimpedanz von 1500 Ohm und eine interne Vorspannung von 1,15 V (daher die AC-Kopplung). Sollte ich die Leitung vor den Kondensatoren terminieren, auch wenn am Empfänger eine Impedanzfehlanpassung vorliegt?
  • Dieser Anwendungshinweis zeigt ein wirklich besorgniserregendes Szenario, das durch die Parallelschaltung von Entkopplungskondensatoren verursacht wird, insbesondere wenn der Wert sehr weit entfernt ist (Jahrzehnte wie im Vorschlag von The Photon und in anderen gängigen Antworten). Sollte ich wirklich besorgt sein und die echten Kondensatoren sorgfältig simulieren, oder ist das übertrieben?
  • Ich bestehe auf dem Konzept "Einzelverbindung zum Boden und zu den Stromversorgungsebenen, direkt nach der Entkopplung", weil ich versuche, die zentralgespeiste Patchantenne zu vermeiden, auf die Olin Lathrop in seinen Antworten immer hinweist. Auf diese Weise versuche ich, schnelle Schaltströme von der Masseebene fernzuhalten. Ich verstehe, dass die Verwendung mehrerer Durchkontaktierungen für die Oszillatorstifte und Abschlusswiderstände den Zweck zunichte machen würde. Ist es richtig?
Für die Terminierung dieses Geräts sendet Ihnen dieses Datenblatt den „Application Note AND8173 − Termination of CML Devices“. Zu Ressourcen wie dieser zu gehen, ist eine gute Angewohnheit.
R19 steht auf dem Kopf. Kein wirkliches Problem, aber es sieht komisch aus, wenn aus einem Haufen Teile die Nummer auf dem Kopf steht.
@JRE - das ist beabsichtigt, um den Elektronendurchhang auszugleichen
@ScottSeidman Danke, das habe ich komplett übersehen. AD9958 hat eine Eingangsimpedanz von 1500 Ohm und eine interne Vorspannung von 1,15 V. Ich bin mir nicht sicher, wie ich die Richtlinien im Anwendungshinweis auf diesen Fall übertragen soll. Soll ich die Serie C und dann einen differentiellen 100-Ohm-Widerstand einsetzen?
@FlyerDragon -- Ich erzähle anderen Leuten nur von Anwendungshinweisen. Ich lese sie nicht! Sie können es möglicherweise verwenden, um loszulegen oder Ihre eigene Frage mit weiteren Details zu schärfen.

Antworten (1)

R25 und R26 sind 50-Ohm-Abschlusswiderstände, die dort platziert sind, nehme ich an, weil sie in einem Beispiel des Oszillator-Datenblatts vorhanden waren.

Beachten Sie, dass im Datenblatt die Terminierung am anderen Ende der Leitung angezeigt wird, in der Nähe des Empfängers, nicht in der Nähe des Oszillators. Ihre Spuren scheinen kurz genug zu sein, dass dies das Design nicht beeinträchtigen wird, aber es wäre wahrscheinlich besser, diese Widerstände am anderen Ende der Leitung zu platzieren.

Sind die Abschlusswiderstände R25 und R26 wirklich notwendig?

Das Datenblatt ist nicht klar über die Ausgangsersatzschaltung des Oszillators. Ich würde vermuten, dass sie nicht benötigt werden, aber ich würde trotzdem Positionen auf der Platine platzieren, um sie platzieren zu können, falls sie es sind. Wenn Sie sie nicht platzieren, erhalten Sie aufgrund der Reflexionen wahrscheinlich ein 2x größeres Signal am Empfänger.

Ist 10uF für C_TA13 zu hoch für seinen Zweck?

Es ist nicht zu groß, aber überprüfen Sie seine Z-vs-f-Kurve. Es ist wahrscheinlich, dass eine 10-uF-Kappe bei 150 MHz jenseits der Resonanz liegt.

Ich würde 0,1 uF 0402-Größe (ausgewählt mit SRF mindestens 200 MHz) so nah wie möglich am Oszillator-Power-Pin hinzufügen und wahrscheinlich auch 1 uF 0603 oder 0805-Größe irgendwo in der Nähe. Kleinere Werte (auch in der Nähe des Power-Pins) können sogar hilfreich sein, um zu verhindern, dass die höheren Harmonischen der Taktfrequenz in die Stromleitungen gelangen und Strahlung verursachen.

Eine Entkopplung in der Nähe der Abschlusswiderstände ist wahrscheinlich auch eine gute Idee. Wieder würde ich wahrscheinlich mit 0,1 uF 0402 beginnen, die so nahe wie möglich an der Stelle platziert sind, an der jeder dieser Widerstände mit 3,3 V verbunden ist.

Ich habe versucht, alle Versorgungs- und Erdungsstifte miteinander zu verbinden, bevor ich nur an einer Stelle mit Durchkontaktierungen zu den Erdungs- und Stromversorgungsebenen ging. Sehen Sie irgendwelche Probleme mit diesem Layout?

Ich würde wahrscheinlich einfach jeder VCC-Verbindung eine eigene Durchkontaktierung zur Stromversorgungsebene geben, aber Ihr Design wird wahrscheinlich auch gut funktionieren.

Sollte ich die Oszillatormasse mit der DDS-Masse auf der obersten Schicht verbinden und dann nur am Wärmeleitpad des DDS mit der Masseebene verbinden?

Auch hier hätte ich lieber nur eine Durchkontaktierung (oder mehr) für jeden Erdungsstift jedes Geräts / Chips. Die Idee ist, die Induktivität zu minimieren, die den Chip / das Gerät mit dem "wahren" Erdungsnetz verbindet.

Andere Fragen und Antworten auf der Website machen eine große Sache über Strom- und Erdungsinseln für jeden Chip. Der, an den ich mich erinnere, bezieht sich auf einen Mikrocontroller. In diesem Fall versuchen Sie, empfindliche analoge Schaltungen vor Schaltgeräuschen zu schützen, die vom uC erzeugt werden. Hier haben Sie gleich laute und (mehr oder weniger) gleich empfindliche Teile (Oszillator und DDS), also würde ich keinen dem anderen vorziehen, ich würde beiden nur die geringstmögliche Induktivität in den Strom- und Masseanschlüssen geben.

Danke für deine ausführliche Antwort! Bitte überprüfen Sie mein Update und kommentieren Sie Ihre Punkte.
1. Möglicherweise müssen Sie am Empfänger mit einer RC-Serienschaltung terminieren, um eine Störung des Vorspannungspunkts der Empfängereingänge zu vermeiden.
2. Das Antiresonanzproblem ist der Grund, warum ich vorgeschlagen habe, 1 uF zwischen den 0,1- und 10-uF-Bypass-Kappen hinzuzufügen.
3. Ich habe bereits in meiner Antwort erklärt, warum ich denke, dass Ihre Schaltung anders behandelt werden muss als die, die Olin in seinen Antworten besprochen hat, in denen er vorschlägt, Strom- und Erdungsinseln für jeden Teil zu verwenden.