¿La corriente de retorno en los planos de potencia? (Altas frecuencias)

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Para un diseño de 4 capas (Signal-Ground-Power-Signal):

Me pregunto eso, necesito tanto la capa de señal inferior como la capa de señal superior para las señales de alta frecuencia. Usaré ambos para mis señales de alta frecuencia. Entonces, ¿tengo que llevar para mi diseño Signal-Ground-Power-Signal? ¿Necesito cambiarlo como Señal-Tierra- (Potencia + Señal) -Ground debido a los RF s.

si también uso la capa inferior para señales de alta frecuencia (100 mhz), ¿hay algún beneficio del plano de potencia para devolver la corriente o debe ser exactamente el plano de tierra para las corrientes de retorno?

    
pregunta user22165

3 respuestas

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Si mantiene una baja impedancia entre el plano PWR y el plano GND a través de las frecuencias de interés, cualquiera de los planos funcionará bien como un plano de referencia . Así es como se diseñarán los tableros de alta velocidad si no tiene mucho tiempo (meses) para simular y verificar la solución.

Recuerde: Los campos no se pueden leer. Cualquiera que sea la etiqueta que coloque en un Cu junto a un rastro, esa será la referencia y llevará la mayor parte de la corriente de devolución.

Con el tipo de circuito que describe, recomendaré lo siguiente.

Use una placa 6L y haga:

 Sig 
 ~100um prepreg
 Gnd 
 ~100 um laminate 
 Pwr 
 thick prepreg 
 Gnd 
 ~100 um laminate 
 Pwr 
 ~100 um laminate 
 Sig

Esto se proporciona si está de acuerdo con solo 2 capas de enrutamiento (evite enrutar en L2 / L5). Y sí, eso puede costar un 20-30% adicional para el tablero, pero puede ahorrar fácilmente ese tiempo (siempre que valore su tiempo).

Los dos pares de Prw / Gnd construyen algunos de los bypass de alta frecuencia requeridos que no se pueden crear con límites de bypass discretos, que son buenos hasta solo 100 MHz o menos (recuerde que las partes modernas tendrán tiempos de subida / caída en el Rango de 2-300 ps, lo que significa que el contenido de frecuencia está en el rango de GHz, ¿no está seguro de dónde obtiene los 100 MHz?).

Si haces un montón de tablas y tienes un montón de tiempo, puedes ahorrar un poco al ir a una tabla de 4L. Pero con un costo típico por hora en el mundo occidental, no vale la pena a menos que hagas al menos 10 K tablas / año en mi experiencia.

Si sientes que absolutamente tienes que ahorrar dinero, el truco es hacer un relleno de Gnd en la capa junto al plano Pwr y viceversa. Eso construye un capacitor Pwr / Gnd de alta calidad y alta frecuencia que luego se complementa con tapas de derivación discretas.

Use algo como mi herramienta pdntool.com para diseñar esa mezcla de cualquier manera.

Hay varias razones por las que desea mantener una baja impedancia de Pwr / Gnd sobre la frecuencia. EMC es solo uno de ellos.

Para resumir:

  • Usted necesita baja impedancia entre Pwr y Gnd por múltiples razones
  • De esto se deduce que tanto Pwr como Gnd son tan buenos como devolver los planos de referencia actuales

Si algo de esto no está claro, por favor pregunte. Sé que hablo de 4 horas sobre esto cuando hago cursos, así que es un tema importante. Sin embargo, muy importante.

En cuanto a las otras respuestas que has visto que sugieren algo más, el desafío está abierto: muéstrame una tabla que no siga el razonamiento que proporcioné. En cualquier momento.

    
respondido por el Rolf Ostergaard
2

Puede utilizar un plano de potencia como un retorno de señal, pero no es tan bueno como tierra porque la mayoría de las señales están referenciadas a tierra (0 voltios). Puede usar una pila de capas Signal-gnd-gnd-signal si la potencia de los chips no es necesaria para ser un plano completo. En la mayoría de los casos, no lo es y consideraría usar las capas inferior y superior para la distribución de energía con el uso ocasional de cualquiera de las dos capas intermedias de gnd, pero trate de no interrumpir demasiado estos planos de gnd.

Depende de la aplicación / diseño y ayudaría más si tuviéramos más detalles sobre el tipo de circuito.

    
respondido por el Andy aka
1

Si su plano de potencia es continuo y tiene el mismo voltaje, o si planea tener el mismo plano de potencial / voltaje a lo largo de sus trazas de alta frecuencia, puede considerarse como una ruta de retorno.

No es tan "perfecto" como el plano GND pero es mejor que tener poder y trazas y la misma capa.

También tenga en cuenta que tener un plano de gran potencia es mucho mejor para los problemas de desacoplamiento, entre otros, que tener solo trazas de gran potencia.

    
respondido por el zeqL

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¿Desea extraer los flujos de corriente del circuito? ___ fuente de alimentación qstnhdr ___ 5V y 3.3V ______ qstntxt ___

Yo también quiero ambos suministros (3.3 y 5v) en mi circuito e hice estos esquemas:

En la corriente de carga típica de suministro de 5v es ~ 8mA.

En 3.3v es ~ 30mA.

Los reguladores son lm1117 en ambos casos, paquetes sot-23 y sin problemas de tiempo ¿Cuál es mejor?

    
______ answer95351 ___

Dependiendo de su voltaje de entrada, pero a esa baja corriente, no hay una diferencia real. Simplemente estaría cambiando el que recibe el mayor desperdicio de energía (en vatios).

El LM1117 que se muestra en su imagen tiene una corriente de reposo de 5 mA, una corriente de carga mínima de 1,7 mA y, por lo general, hasta 800 mA independientemente del paquete. Entrada máxima de 15v. Estás utilizando 9v, a través de un diodo.

Estos son cálculos simples de la ley de Ohm para el poder (P = I * V)

Dado que son reguladores lineales, la corriente de entrada es de salida de corriente. Para el primer esquema, eso significa %code% de caída de voltaje en el regulador de 5v. Luego, %code% de caída de voltaje en el regulador de 3.3v. Entonces podemos calcular la disipación del calor. %code% para el registro de 3.3v Para el registro de 5v, debemos agregar la carga actual de 3.3v al cálculo. %código%. Gran potencia desperdiciada total de 0.219W, con un 75% de la misma en el regulador de 5v.

Para el segundo esquema, es casi lo mismo. Caída de 3.3v para el regulador de 5v, pero caída de 8.3v - 3.3v = 5v para el regulador de 3.3v. Dado que el regulador 5v no lleva la carga de 3.3v, es solo %code% . El regulador de 3.3v sin embargo, %code% . Agregados, es de 0.218W, con un 75% en el regulador de 3.3v .

En cualquier caso, el 0.218W en calor no es nada de qué preocuparse. Los reguladores ni siquiera se calientan, y mucho menos lo suficientemente caliente como para un disipador de calor.

    
______ answer95349 ___

El primer circuito requiere que el regulador de 5 V disipe más energía que el segundo, porque su carga actual es mucho mayor.

El segundo circuito requiere que el regulador de 3.3 V disipe más energía que el primero, porque su caída de voltaje es mucho mayor.

Si puede reemplazar uno de sus reguladores por una parte más pequeña / más barata utilizando una u otra versión, eso debería impulsar su decisión.

Por ejemplo, en el segundo circuito es posible que puedas usar un regulador SOT-23 pequeño para la 5 V.

O en el primer circuito, es posible que pueda usar un paquete más pequeño o evitar usar un disipador de calor en el regulador de 3.3 V.

    
______ answer95350 ___

¿Cuál es mejor? es una pregunta demasiado amplia. Mejor en que sentido? ¿Capacidad de fuente actual? Caída de voltaje? Es necesario proporcionar el factor de juicio. El segundo tiene ventajas siguientes sobre el primero:

  • Fallo de inmunidad en el regulador de 5 voltios. Si el regulador 5v se apaga por alguna razón, la entrada al regulador de 3.3 voltios podría cortarse.
  • Mejor ramificación actual. En el primer diseño, la corriente suministrada al regulador 3.3 proviene del regulador de 5v. En ciertos casos, el regulador de 5 V puede producir un cuello de botella (limitar) la salida de corriente del regulador de 3.3 voltios.
______ answer95367 ___

El "voltaje de deserción" LM1117 especificado es 1.2V máx. a baja corriente, por lo que el regulador 3V3 con 5-3.3 = 1.7V "altura" estará bien.

El primer circuito no permite 3V3 con 5V apagado. Esto puede o no puede importar en su caso.

El 1er circuito tiene potencialmente un mejor rechazo del ruido de la entrada de potencia debido a que tiene dos reguladores en la serie PERO la construcción tiene que hacerse con el debido cuidado para lograr esto en realidad.

En los niveles de potencia mencionados, las disipaciones máximas son pequeñas y cualquiera de las dos configuraciones está bien en cuanto al calor en casi cualquier situación. A niveles de potencia más altos, el 1er circuito limita la cantidad de energía que puede obtener a 3V3 debido al calentamiento del regulador de 5V por la corriente de 3V3. No hay problema aquí.

    
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