Frage:
Welches dieser Layouts zum Entkoppeln von an einen IC angeschlossenen Kondensatoren ist falsch?
Anubhav Srivastava
2020-04-16 04:45:20 UTC
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Ich habe mit dem Entwurf meiner ersten Leiterplatte begonnen und versuche herauszufinden, wie ich meine Entkopplungskondensatoren anordnen kann.Ich habe sowohl hier als auch anderswo im Internet einiges gelesen und bin mir immer noch nicht sicher, wie meine Kondensatoren angeschlossen werden sollen.

Case 1

Insbesondere scheinen diese ( 1 und 2) Stapelaustauschpfosten zu sagen, dass der GND-Pin mit dem Kondensator verbunden werden sollte, der dann mit einem Via to verbunden wirddie Grundebene.

Case 2

In der Zwischenzeit heißt es in diesem Beitrag, dass der GND-Pin direkt zur Grundebene gehen soll, wie folgt:

enter image description here

Welche davon ist richtig?Oder verstehe ich etwas falsch und sind beide richtig?Danke!

Beachten Sie in Ihrer ersten verknüpften Frage, dass der Chip Strom- und Erdungsstifte direkt nebeneinander hatte.Ein Hochgeschwindigkeitschip sollte diese Anordnung haben und nicht Strom und Masse an gegenüberliegenden Ecken.
Ja, der Chip, den ich benutze (atmega328), hat sie direkt nebeneinander.Ist das Bild von Fall 2 also nur dann korrekt, wenn sie weit voneinander entfernt sind?
Viele Datenblätter für Mikrocontroller enthalten Layouthinweise. Beginnen Sie immer dort.Sie haben auch Empfehlungen zum Entkoppeln von Kappenwerten an empfindlichen Stiften wie / reset usw.
Sie sollten eine Verbindung zu Strom und GND so kurz wie möglich herstellen.Stellen Sie sich vor, Sie machen die 3D-Stromschleife so klein wie möglich.
Fünf antworten:
SteveSh
2020-04-16 04:59:43 UTC
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In Anbetracht dessen, was Sie gezeigt haben, möchten Sie Ihre erste Option verwenden - Durchkontaktierungen zur GND-Ebene und keine Spur.

Problem mit Option 2 (ganz rechts) ist die Schleifen-&-Induktivität, die durch die Leiterbahn zwischen der Kappe und dem GND-Pin des IC gebildet wird.Bei ausreichend hohen Schaltfrequenzen kann diese Induktivität dazu führen, dass die Kappe nicht einmal vorhanden ist.

Vielleicht möchten Sie sich diese Frage ansehen. & antwortet:

Umgeht Erdgas Bypass-Kondensatoren?

Entschuldigung, mein ursprünglicher Beitrag war etwas unklar.Ich habe nach dem Unterschied zwischen Fall 1 und Fall 2 gefragt (meinen Beitrag bearbeitet).In dem ersten der beiden Stapelaustauschbeiträge, die ich verlinkt habe, heißt es in den Kommentaren, dass Option d (in diesem Beitrag) falsch ist.Aber Option d ist genau wie die linke Seite von Fall 2, soweit ich das beurteilen kann.
_ "In dem ersten der beiden Stapelwechsel-Posts, die ich verlinkt habe" _ - sollten Sie die Informationen in Ihren Post einfügen.
In beiden Fällen ist die Erdungsverbindung jedoch ziemlich lang.Der Vorteil von Option 1 besteht darin, dass die Masseebene eine geringere Induktivität / einen geringeren Widerstand aufweist und Sie eine Spur weniger haben.
@Michael - aber Sie können wirklich nicht viel dagegen tun, da sich die Stifte auf den gegenüberliegenden Seiten des Pakets befinden.Sagt mir, dass dies nach heutigen Maßstäben kein echtes Hochgeschwindigkeitsdesign ist.
In meinem IC liegen der VCC- und der GND-Pin nebeneinander.Das Bild von Fall 2, das ich gezogen habe, ist nicht dasselbe wie mein IC.Angenommen, das Bild von Fall 2 hätte die VCC- und GND-Pins direkt nebeneinander, wäre einer von links oder rechts besser als der andere?Vielen Dank!
Angenommen, Sie haben Strom- und Masseebenen, mit denen Ihr IC verbunden ist, ist es besser, die Kappe mit diesen Durchkontaktierungen mit diesen Ebenen zu verbinden, als eine Spur zu den VCC- und GND-Pins des IC zu führen.
Dmitry Grigoryev
2020-04-16 13:46:57 UTC
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Es ist zu beachten, dass bei Hochfrequenz-ICs VCC- und GND-Pins normalerweise nahe beieinander liegen, sodass Fall 1 und Fall 2 effektiv gleich werden. Beispiel:

enter image description here

Wenn Sie sich wirklich für ein optimales Layout interessieren, sollten Sie solche ICs dem vorziehen, was Sie in Ihrem Bild haben, wo sich VCC- und GND-Pins auf den gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses befinden.

In diesem Fall geht der GND-Pin zum Kondensator und dann zur Masseebene.Ist dies besser / schlechter (oder auch nicht) als direkt vom GND-Pin zur Grundebene zu gehen?Vielen Dank!
Wenn der MCU-Erdungsstift zur Entkopplungskappe und schließlich durch ein vi zur Erdungsebene geht, lässt der Kondensator die Versorgung „filtern“, bevor er die Erdung erreicht.Der Kondensator filtert den gesamten Hochfrequenzinhalt heraus.
@AnubhavSrivastava Das stimmt.Noch wichtiger ist, wenn die gesamte Leiterbahnlänge weniger als 10 mm beträgt, spielt es keine Rolle, ob zuerst die Durchkontaktierung oder die Kappe angeschlossen wird.Die sie trennende Spurinduktivität ist vernachlässigbar.
@Jakob Halskov - Der Zweck dieser Kondensatoren besteht nicht darin, die Stromversorgung zu filtern, sondern dem IC die (relativ) großen Strommengen schnell (
@SteveSh was meinst du mit einem Schaltereignis?Wenn ich den IC verwende, um eine LED sehr schnell ein- und auszuschalten, wäre das ein Schaltereignis?
Nein, ich spreche von der Umschaltung digitaler Teile mit mehreren zehn MHz oder einem großen FPGA, das möglicherweise mit internen Taktraten von 500 MHz oder höher ausgeführt wird.
Aha.Für Chips mit viel niedrigeren Taktraten (wie 8 MHz) ist dies also weniger ein Problem?
david
2020-04-16 11:33:49 UTC
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Erstens montieren Sie einen Kondensator nicht direkt auf einer solchen Spur. Normalerweise versuchen Sie, symmetrische, isolierte Montagepads zu verwenden, um Grabsteine ​​und andere Montagefehler zu vermeiden. Und Sie vermeiden nach Möglichkeit rechtwinklige Ecken auf Schienen.

Zweitens bieten beide Optionen eine recht gute Verbindung zwischen den Stromversorgungs- und Erdungsstiften auf dem Chip. Eine enthält eine Durchkontaktierung in der Erdschleife, die andere eine Durchkontaktierung der Erdungsebenen. Einer gibt Ihnen weniger Strom in der Grundebene - was wahrscheinlich keine Rolle spielt - und der andere gibt Ihnen eine etwas kleinere Spur - was wahrscheinlich keine Rolle spielt. In der realen Welt stören die anderen Pins auf dem Chip möglicherweise die Grundebene, die in Ihrem Diagramm nicht sichtbar ist. Oder es ist wahrscheinlicher, dass die Spur der Grundebene nicht auf der Oberfläche verlegt werden kann, da die anderen Stifte dort Verbindungen benötigen. Die Schleife bis zur Grundebene ist möglicherweise länger - oder die Schleife um die Oberfläche ist möglicherweise länger.

Es gibt einen Grund, warum Sie beide Beispiele im Internet gefunden haben. Der Grund dafür ist, dass keines der beiden Beispiele eindeutig und allgemein besser ist.

Robin Iddon
2020-04-17 11:14:13 UTC
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Die Antworten in diesem Thread stimmen bisher alle darin überein, dass "es darauf ankommt". Ich dachte, es lohnt sich, den in einigen Antworten erwähnten Loop-Bereich zu erweitern, da dies hier der entscheidende Faktor ist.

Es geht um den Loop-Bereich, der von der Kappe und dem Chip gebildet wird. Am besten verstehen Sie, was Schleifenbereich ist, dann können Sie den besten Kompromiss für jede Situation auswählen. Ich fürchte, es gibt keine "Mach es einfach so, immer" -Lösung.

Die Schleifenfläche ist die Fläche, die durch den Pfad des von der Kappe in den Chip fließenden Stroms und den Pfad des aus dem Chip zurück zur Kappe fließenden Stroms gebildet wird. Nennen wir den In-Pfad V + und den Rückweg GND.

Für die meisten praktischen Zwecke bis zu 1-GHz-Frequenzen können Sie sich einfach den Bereich der oberen Abwärtsschleife ansehen (d. h. ihn einfach über Ihre Bilder zeichnen). Bei höheren Frequenzen müssen Sie es möglicherweise in 3D betrachten.

Wenn Sie die Ströme zwingen, in Spuren zu fließen, ist der Pfad frei - es sind die Linien der Spuren. Wenn Sie zulassen, dass ein Strom in einer Ebene fließt und der andere in Spuren verläuft, folgt der Pfad der höherfrequenten Ströme in der Ebene nicht dem kürzesten Pfad (den Sie möglicherweise erwarten) - stattdessen versuchen sie, dem Pfad des zu folgen Strom auf Spuren beschränkt. Die niedrigere Frequenz oder der niedrigere Gleichstrom in der Ebene fließt direkt zur Versorgung und lässt den Entkoppler vollständig aus, aber diese sind im Zusammenhang mit der Platzierung des Entkopplers nicht interessant.

Ich habe Ihr Bild jeweils mit dem Loop-Bereich (Draufsicht) versehen.

Die roten durchgezogenen Linien sind V + -Flüsse von der Kappe zum Chip. & Die rot gepunktete Linie ist der interne Stromfluss durch den Chip.

Die grünen Linien sind GND-Flüsse vom Chip zur Kappe. Beachten Sie für das Bild auf der linken Seite, dass der tatsächliche Pfad, den die grüne Linie von Via nach Via nimmt, von der Frequenz abhängt. Je höher die Frequenz, desto extremer ist die Abweichung vom kürzesten Pfad, wenn der Rückstrom versucht, dem Vorwärtsstrom zu folgen.

Die blauen Bereiche sind Schleifenbereiche.Sie können sehen, welches besser ist - es ist das mit dem geringsten Blau.

Hinweis Ich habe den richtigen / falschen Text ausgeschnitten - es hängt ganz von der Anwendung ab, ob dies wahr ist oder nicht - für bestimmte Anwendungen ist die rechte Lösung möglicherweise gut genug und bietet möglicherweise andere Routing-Vorteile.Es ist jedoch unwahrscheinlich, dass dies die beste Lösung ist.

Loop area illustration

Ich hoffe das hilft.

Ich verstehe, das hat sehr geholfen.In meinem IC befinden sich VCC und GND direkt nebeneinander. Ich vermute, dass es keinen großen Unterschied macht, ob ich vom GND-Pin direkt zur Erdungsebene oder zur angeschlossenen Kappe gehezur Grundebene.Das Dokument mit Überlegungen zum AVR-Hardware-Design von Atmel (https://www.mouser.com/datasheet/2/36/doc2521-41636.pdf) besagt, dass es wie Dmitrys Antwort angeschlossen werden soll, also denke ich, dass ich damit weitermachen werde.
Genau.Der Loop-Bereich in Dmitrys Layout ist kleiner als bei einem Via zwischen Chip und Cap.
Kyle B
2020-04-17 23:03:20 UTC
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Robin hat recht - Es geht nur um den Loop-Bereich. Die Idee einer Entkopplungskappe besteht darin, den niedrigstmöglichen Impedanzpfad für Rückströme bereitzustellen. Die Impedanz steht in direktem Zusammenhang mit der Schleifenfläche. Je kleiner der Schleifenbereich ist, desto niedriger ist die Impedanz für Hochfrequenzstrom und desto besser funktioniert Ihre Entkopplungskappe.

Peter liegt zu 100% falsch (sorry Peter). Der Boden ist absolut nicht "überall gleich". Das stimmt nur bei DC wirklich. Je höher die beteiligten Frequenzen sind, desto weniger wahr wird diese Aussage. Nicht als Schuss auf Peter gedacht - ich kenne viele erfahrene EEs, die dieses Konzept nicht wirklich verstehen. Sehr häufig.

Wenn ich darf, gibt es tatsächlich eine Million "App-Notizen" da draußen. Versuchen Sie nicht, dieses Thema aus App-Notizen zu lernen.

Sie sollten ein legitimes Buch von vorne nach hinten lesen, als würden Sie das Thema in der Schule studieren. Es gibt mehrere gute Bücher da draußen. Mein Favorit ist die "Bibel" des Hochgeschwindigkeits-PCB-Layouts. Es ist zu diesem Zeitpunkt ein 40 Jahre altes Buch, aber es wurde nie aktualisiert, weil es nicht sein muss. Alles darin gilt noch heute und alles darin ist "richtig" https://www.amazon.com/High-Speed-Digital-Design-Handbook/dp/0133957241

Wenn Sie sich ernsthaft mit dem Entwerfen von Hochgeschwindigkeitsplatinen befassen möchten, lesen Sie dieses Buch. Dann lies es immer wieder. Lass alles einwirken. (Mach dir keine Sorgen, es ist sehr wenig Mathe drin;)

Danach werden Sie auch verstehen, warum "Boden nicht überall Boden ist".

Ich verspreche, es wird einer der besten 80 US-Dollar sein, die Sie jemals für Ihre &-Karriere ausgegeben haben.

Das Buch, das Kyle B erwähnt hat, ist eines, das ich in meiner Sammlung habe.Ich habe auch Dr. Johnsons "High Speed Signal Propagation".Das wieder, ich konnte die Firma dazu bringen, sie für mich zu kaufen.
Gleichstrom folgt dem Pfad des geringsten Widerstands, wenn die Frequenz zunimmt, folgt ein größeres Verhältnis des Stroms dem Pfad der geringsten Impedanz, bei höheren Frequenzen folgt der Strom nur dem Pfad der geringsten Impedanz und arbeitet daran, so nahe wie möglich an der Signalspur zu bleibenIch werde hinzufügen, dass App Notes mehr als geeignet sind, um alles zu lernen, was für Hochgeschwindigkeitsdesign und -layout erforderlich ist.Texas Instruments hat einige veröffentlicht, die sich der Größe eines Lehrbuchs annähern.


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Diese Fragen und Antworten wurden automatisch aus der englischen Sprache übersetzt.Der ursprüngliche Inhalt ist auf stackexchange verfügbar. Wir danken ihm für die cc by-sa 4.0-Lizenz, unter der er vertrieben wird.
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