Routing eines Buck / Boost-DC / DC-Wandlers

Ich brauche Hilfe beim Aufbau eines Netzteils. Ich habe die ersten beiden Iterationen verpfuscht, da ich nicht über die erforderliche Erfahrung verfüge, und ich möchte einen weiteren kostspieligen Lauf vermeiden.

Der Vollständigkeit halber ist hier die vorherige (verwandte) Frage: Geräuschproblem mit dem Buck / Boost-Schaltregler

Mein Gerät wird von einem Lithium-Ionen-Akku gespeist, benötigt jedoch eine Betriebsspannung von 3,3 V. Somit ist Vin = 2,7-4,2 V, Vout = 3,3 V. Ich habe mich für einen LTC3536 Buck / Boost-Schaltregler entschieden: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3536fa.pdf

Grundsätzlich habe ich die Referenzimplementierung (Seite 1 des Datenblattes) für ein 1A / 3,3V-Netzteil verwendet. Hier sind die Schaltpläne:

Es gibt drei separate Masseebenen: PGND, das von der Batterie kommt und an den LTC3536 angeschlossen wird; GND, die Signalmasse, die von Pin 3 abzweigt, und AGND, die für analoge Sensoren usw. verwendet wird, die von der GND-Ebene abzweigen.

Dies ist die neueste Version des 2-Layer-Boards. Rot ist oben, Blau ist unterste Schicht. Es ist ziemlich nah an LTs Demo-Board. Ich habe die verschiedenen Grundebenen sowie VBATT und VCC kommentiert.

Entwurfsüberlegungen

Ich habe versucht, die Empfehlungen im Datenblatt und die Antworten auf die vorherige Frage einzuhalten. Ich verwende 3 verschiedene Masseebenen wie oben beschrieben, die an einem einzigen Punkt mit einem 0-Ohm-Widerstand verbunden sind. Ich habe versucht, einen sternförmigen Ansatz für das Routing von VCC zu verwenden. AVCC ist über einen 0-Ohm-Widerstand mit VCC verbunden.

Fragen

Eines der Probleme mit dem vorherigen Design war, dass ich das freiliegende Pad von U3 mithilfe von Durchkontaktierungen an der Seite des Chips angeschlossen habe. Dies erforderte viel Platz. Ich erkannte jetzt, dass LT auf ihrem Demo-Board die Durchkontaktierungen direkt unter dem freigelegten Pad hinzufügte. Ich wusste nicht, dass dies möglich ist - muss ich diesen Vias etwas Besonderes antun?
Ich bin mir hinsichtlich der Platzierung der Bodenebenen ziemlich unsicher. Momentan wird die GND-Ebene von Pin 2/3 abgezogen und über einen 0-Ohm-Widerstand mit der AGND- und PGND-Ebene verbunden. Die Platzierung dieses Widerstands ist eine Art zufälliger atm.
Die gesamte Schaltung wird mit einem Soft-Ein / Aus-IC MAX16054 geschaltet, der mit dem SHDN von U3 (Pin 10) verbunden ist. Der MAX16054 ist mit VBATT und GND (nicht PGND) verbunden. Könnte dies Probleme verursachen?

Alle Kommentare wäre sehr dankbar!

— Arnuschky
quelle

relevante Lektüre: analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/…

— Phil Frost

auch: electronic.stackexchange.com/questions/74509/…

— Phil Frost

Das erste von @PhilFrost verlinkte Dokument ist großartig. Es half mir zu verstehen, wie die SMPS routen. Ich kann es nur empfehlen.

— Jesus Castane

@arnuschky Ich stimme den getrennten GNDs nicht zu. Es schafft manchmal mehr Probleme, die es löst. In gewisser Weise sind die Ausgangskondensatoren Ihres SMPS die Stromversorgung Ihrer Schaltung. Betrachten wir also C17 und C18 als Ihr Netzteil. Ihre Vcc-Pins versorgen Ihren gesamten Stromkreis mit Strom, ABER ihr GND-Punkt ist isoliert (Ok. Nicht isoliert, aber zu weit entfernt) von Ihrem Stromkreis! Meiner Meinung nach ist dies ein wirklich großes Problem. Warum ziehen Sie es nicht in Betracht, PGND und AGND beizutreten? Achtung mit Ihrem Feedback-Track. Es überquert einen GND-Split! Halten Sie es über dem gleichen Triebwerk.

— Jesus Castane

OK danke, ich werde das Motorflugzeug reparieren. Ich bin mir nicht sicher, ob ich PGND und AGND beitreten soll. Bin ich nicht gefährdet, die Ströme vom SMPS in den analogen Schaltkreisen zu sehen? Zu den Output Caps: Soll ich sie Ihrer Meinung nach auf GND verschieben? Dies ist das Gegenteil von dem, was AndyAka in der anderen Frage gesagt hat.

— Arnuschky

Antworten:

Ich hoffe, ich widerspreche nichts, was in der Antwort der vorherigen Frage gesagt wurde !!!

Der Rückkopplungspunkt sollte so nahe wie möglich am Ausgangspin liegen. Beachten Sie die Spur auf der Nicht-Komponentenseite des LTC3536-Dokuments.

Ich würde eine vollständige Erdungsebene auf der Unterseite verwenden, aber das Niederspannungsende von R7 muss an Pin 2 gelangen, und dann muss Pin2 unter dem Chip auf die lokale vollständige Erdungsebene zeigen.

Ich würde R27 (und Pin 3) nicht abschlagen, um das obere Kupfer zu speisen, das mit dem unteren Kupfer (GND-Ebene) verbunden ist bis fast zur analogen Grundebene.

Die Spur von Pin 10 sollte versuchen, so weit wie möglich auf der obersten Schicht zu bleiben, um die darunter liegenden Grundebenen nicht zu unterbrechen.

— Andy aka
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Hey Andy. Vielen Dank für Ihre Kommentare (noch einmal!). Ich habe mit der Implementierung der Änderungen begonnen, als ich auf einige Probleme stieß. Ich habe das Layout jetzt ganz in der Nähe des Demo-Boards von LT überarbeitet. Mit diesem Layout wird Ihr erster und letzter Punkt festgelegt. Leider habe ich nicht ganz verstanden, was Sie über die Bodenflugzeuge gesagt haben. Die GND-Ebene schlägt jetzt von Pin 2/3 ab, und die AGND ist separat mit dieser Ebene verbunden. Gleiches gilt für R27. Ist es so richtig?

— Arnuschky

@arnuschky Welchem Teil des Gnd-Flugzeugs bist du nicht gefolgt?

— Andy aka

Was ich nicht verstehe, ist Folgendes: Ich verwende eine volle Ebene für die Strommasse unter dem Chip (untere Schicht). Dort verbinden sich die Pins 5 und 13 sowie die Eingangs- und Ausgangskappen. Wie kann ich dann eine andere Ebene für die Signalmasse (Pin 2) unter den Chip legen, wenn ich nur 2 Schichten habe? Was ich nicht getan habe, ist, die Signalmasse (GND-Ebene) etwas weiter entfernt zu haben, Pin 2 dort zu führen und an dieser Stelle einen Stern zu haben (siehe Block mit 4x3-Durchkontaktierungen), aber ich bin mir über diesen Sternpunkt nicht sicher.

— Arnuschky

GND-Verbindungen (im Gegensatz zu PGND) haben keine Ebene - sie zeigen in PGND und dürfen keine Ströme führen, die sich auf die Eingangsstromquelle und die Ausgangslast beziehen. PGND ist die Ebene, die sich unter dem Chip und unter der Leiterplatte befindet. Alle Komponenten, die mit "GND" verbunden sind (wie R7), werden mit Pin 2 verbunden, der dann direkt zu PGND geleitet wird.

— Andy aka

Ich habe den Eindruck, dass ich hier etwas Wesentliches missverstanden habe. Derzeit habe ich drei Ebenen, eine für PGND, auf denen alle Hochstrompfade des Wandlers verbleiben sollen, eine für "normale" GND, die Erdungsverbindungen zu allen anderen Geräten (ICs usw.) bereitstellt, und eine für AGND. das bietet Masse für analoge Komponenten (Sensoren usw.). Die GND-Ebene ist an jeweils einem Punkt mit PGND und AGND verbunden.

— Arnuschky

Beantwortung meiner eigenen Frage zu den Durchkontaktierungen im freigelegten Pad von U3:

Wie ich befürchtet habe, ist es nicht so einfach, Durchkontaktierungen in ein Pad zu stecken. Das Lot kann durch die Durchkontaktierung fließen und auf der anderen Seite ein Durcheinander und eine schlechte Verbindung der Komponentenseite verursachen. Siehe diese Links zum Beispiel:

http://blog.screamingcircuits.com/2010/06/large-via-in-pad.html
http://www.freescale.com/files/rf_if/doc/app_note/AN3778.pdf

Ich bin mir auch nicht sicher, wie ich das lösen soll. Sehr nett von LT, damit das Demo-Board davon abhängt. Ich sehe Baumoptionen:

habe die vias eingesteckt (teuer)
Bewegen Sie die Durchkontaktierungen vom Pad weg (es können andere Probleme auftreten, da die Komponenten nicht nahe genug platziert werden können).
Via Durchmesser kleiner machen und hoffen, dass dies ausreicht

Keine dieser Optionen ist wirklich zufriedenstellend. :(

— Arnuschky
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Auf jeden Fall benötigen Sie verstopfte Durchkontaktierungen, wenn sich die Lötpaste darüber ablagert. Andernfalls treten Probleme beim Zusammenbau auf. Es gibt andere riskante Optionen. Machen Sie eine kleine Lötmaskenöffnung unter dem Chip. Wie dieses Bild zeigt s3-blogs.mentor.com/tom-hausherr/files/2011/04/…. In diesem Fall können Sie die Durchkontaktierungen von den Lötpastenbereichen entfernen. (Entschuldigung, vielleicht ist es nicht das beste Bild, um dies zu zeigen). Die zweite Option, die Sie kommentieren, ist möglich, aber ich würde die dritte nicht ausprobieren.

— Jesus Castane

Ich werde mit Option 2 fortfahren. Da LT nicht ausdrücklich angibt, dass sich die Durchkontaktierungen aus thermischen Gründen unter dem Pad befinden müssen, gehe ich davon aus, dass dies in Ordnung ist. Danke für deine Antwort Jesus.

— Arnuschky