Entkopplungskappe: Näher am Chip, aber mit Via oder weiter ohne Via?

Dies mag "noch eine" Frage zur Entkopplung sein, aber die Frage ist ziemlich genau und ich kann keine Antwort finden.

Ich habe einen 40-poligen QFN, bei dem ich Signale auffächern und dann zehn Entkopplungskappen platzieren muss. Um die Sache noch schlimmer zu machen, sitzt der IC auf einem Sockel, der 8x die Fläche des QFN einnimmt (5 mm x 5 mm). (Die Buchse nimmt viel Raum , aber nicht nicht fügen signifikante parasitäre Effekte, sondern auf 75 GHz bewertet nach oben ist). Auf derselben Ebene kann ich keine Komponenten in einem Radius von ~ 7 mm platzieren. Die Rückseite ist aufgrund der Befestigungslöcher der Buchse ebenfalls eingeschränkt, aber zumindest kann ich teilweise Immobilien auf der Rückseite verwenden. Aber dafür müsste ich runter. Ich konnte jedoch 50% der Kondensatoren auf dem thermischen Erdungspaddel platzieren, das ich auch unter dem Chip auf der Rückseite erstellt habe.

Jetzt habe ich mehrmals gelesen, es sollte keine Durchkontaktierung zwischen der Kupplungskappe und dem Stift geben. Aber was ist schlimmer? Über oder längeres Kabel?

In Bezug auf die Induktivität würde eine 7-mm-Spur etwa 5 bis 7 nH betragen ( http://chemandy.com/calculators/flat-wire-inductor-calculator.htm ). Ein Loch mit 22 mil Durchmesser / 10 mil liegt weit unter 1 nH ( http://referencedesigner.com/rfcal/cal_13.php ).

pcb pcb-design decoupling-capacitor

— divB
quelle

Wenn Sie zwischen Entkopplung und Pin Kompromisse eingehen und Via verwenden müssen, können Sie auch mehrere Via verwenden. Sie sprechen von einer HF-Buchse, haben jedoch nicht die Frequenzen (analog) oder typischen Anstiegszeiten (digital) erwähnt, mit denen Sie arbeiten.

— Gommer

Ist das ein 6-Lagen-Board oder höher? Wenn ja, machen Sie Ihre Power-Schichten eng miteinander verbunden. Sie haben einen stärkeren Entkopplungseffekt als die physikalischen Kondensatoren. Sie können dann Ihre Kappen weiter weg platzieren und müssen sich nicht zu viele Sorgen machen.

— efox29

Es sieht aus wie sie eine Option tun , ohne Befestigungslöcher, so geben , dass würden Sie einige Immobilien zurück

— Anon

@ efox29: Das ist ein interessanter Punkt! Es ist noch in Arbeit und ich kann "beliebig" viele Ebenen machen. Das Problem: Ich habe mindestens 6 Spannungen an Bord und der betreffende QFN-Chip verwendet zwei davon. Die Gegend ist wahrscheinlich nicht zu groß. Könnten Sie näher erläutern, wie Sie dies umsetzen würden? Welche Schichtreihenfolge, mehrere Lieferungen auf einer Schicht gegen nicht usw.

— divB

@ efox29: Ich habe mir gerade das Altera PDN-Tool angesehen. Es scheint, als müssten die Flugzeuge das gesamte Board überspannen (wie 10000x10000 mil), um Wirkung zu erzielen. Das ist mir bei so vielen Vorräten einfach nicht möglich.

— DivB

Antworten:

Betonen Sie nicht zu viel, es geht darum, diese Induktivität zu minimieren. Das bedeutet nicht immer Distanz. Wenn ich Sie wäre, würde ich Schritte unternehmen, um alle Beiträge zur gesamten Pfadinduktivität zwischen dem Stift und der Kappe zu minimieren. Sie erwähnen nicht, mit welcher Geschwindigkeit Ihr Chip läuft, aber Sie sagen, dass es sich um ein QFN handelt. Ich sage das nur, weil wir manchmal davon besessen sind, eine Entkopplung hinzuzufügen, wenn das Paket selbst eine Einschränkung darstellt.

Wie verrückt willst du werden? Minimieren wir jeden Abschnitt. Beginnend mit den Kappen können Sie ein Paket mit niedrigerer Induktivität auswählen, z. B. 306 (603 seitwärts gedreht), 201s, wenn Sie Ihre Werte erhalten können, MLCC-Kappen oder eine X2Y-Variante für Entkopplung und HF-Landung.

Als nächstes die Montagestrategie, wenn eine Via gut ist, warum nicht zwei. Mehr parallele Durchkontaktierungen sollten eine niedrigere Impedanz haben. Wenn Sie 0306- oder 201-Kappen verwenden, stellen Sie sicher, dass Sie den Durchgang zum Seitentrick ausführen, und versuchen Sie erneut, die Schleifenfläche zu minimieren.

Ok, jetzt sage ich, leg sie oben drauf. Machen Sie einen Teil Ihrer obersten Schicht zu einer Kupferflut für die Stromseite. Dann auf der nächsten Schicht 5 mil oder weniger unter der Oberseite diese GND machen. Verwenden Sie mehrere gnd-Durchkontaktierungen an den Sockelstiften. Dies gibt Ihnen einen schönen niederohmigen Pfad von den obigen Kappen zu diesen Stiften. Ich habe einmal eine Analyse des HS-Abschnitts eines FPGA durchgeführt. Eine schöne enge ebene Struktur und Kappen, wie ich sie beschrieben habe, übertrafen Kondensatoren direkt unter den Teilen mit mehreren Durchkontaktierungen.

Wenn Sie sich besser fühlen möchten, können Sie eine Simulation oder Analyse durchführen. Es gibt viele Themen zum Thema PDN-Design. Wenn Sie keinen Simulator haben, schauen Sie sich Alteras kostenloses PDN-Excel-Tool an . Der Design Guide enthält einige wirklich nette Informationen.

Ich habe diese Steckdosen verwendet, bevor sie hübsch sind, und habe auch darüber nachgedacht, wo Kappen angebracht werden sollen.

— Irgendein Hardware-Typ
quelle

Tolle Antwort und das Aterra PDN Tool ist unglaublich! Ich habe ungefähr 7 Vorspannungen (die ebenfalls enthauptet werden müssen) und 2 Versorgungen in der kleinen QFN (mit Buchse), damit Sie sich vorstellen können, wie voll das ist. Daher gehe ich sofort über die Vorräte (4 Durchkontaktierungen) und platziere die Entkappung ganz nah am Boden. Die (weniger wichtigen) Vorspannungen ziehe ich mit möglichst dicken Drähten heraus und lege die Entkappe oben weiter weg auf.

— DivB

Ich würde sagen, die Via-Lösung ist die bessere. Da Sie jedoch eine Steckdose verwenden, erwarte ich, dass die Steckdose die Gesamtleistung (Induktivität eines Entkopplungskondensators) bestimmt (verschlechtert), sodass es am Ende wahrscheinlich egal ist, was Sie tun. Die Via oder die lange Spur.

Aber wenn die Via-Lösung akzeptabel ist (auch in Bezug auf thermische Probleme), würde ich das wählen.

Wenn der Platz verfügbar ist, können Sie die Pads auch einfach an beiden Stellen platzieren und später entscheiden oder messen, welche Lösung besser ist.

— Bimpelrekkie
quelle

Vielleicht hätte ich den Sockel nicht erwähnen sollen, aber nein, der Sockel schränkt die Leistung nicht ein (es ist ein 700 $ Ironwood-Elastomer-Sockel, der bis zu 76 GHz reicht. Er fügt kaum Parasiten hinzu).

— DivB

Beide Orte werden nicht funktionieren, da das gesamte Gebiet auf jeden Fall überfüllt ist. Ich könnte ein Board mit und eines ohne Sockel machen. Aber das möchte ich vermeiden.

— DivB

Elastomerbuchse, die bis zu 76 GHz reicht OK, ich habe mir eine echte Buchse vorgestellt. Aber das benutzt du nicht. Ich weiß über Elastomer-Sockeltyp Bescheid, verwendet sie in der Vergangenheit. Dann ist die Induktivität der Steckdose nicht so groß. Ich würde mich dann für die Via-Lösung entscheiden.

— Bimpelrekkie

Die Sockelinduktivität solcher Sockel scheint laut Ironwood unter 0,1 nH zu liegen. Sehr interessante Technologie. Ich würde sowieso für niedrige Induktivität optimieren.

— Manu3l0us

@ Manu3l0us Der "Sockel" ähnelt eher einer Konstruktion zum Halten / Drücken / Klemmen des Chips auf der Leiterplatte. Da dies nicht garantiert, dass jeder Pin eine ordnungsgemäße Verbindung hat, wird ein Elastomer mit leitenden Kanälen (Golddrähte) zwischen der Leiterplatte und dem Chip platziert. Diese Elastomere sind zwar klein (die Größe des verpackten Chips), aber sehr teuer und nutzen sich nach einiger Zeit ab, insbesondere wenn Sie den Chip mehrmals wechseln.

— Bimpelrekkie