Recomendaciones de diseño para LDO

Pero en general, estás pensando demasiado en la importancia de la GND. Es importante, no me malinterpretes. Es solo que hay otras cosas que son tan importantes, y obtener la GND correcta es relativamente fácil.

Usted especificó los voltajes, no especificó la corriente. Sin conocer la corriente, no sabemos el calor generado por los LDO. Y el calor influirá enormemente en la forma en que se distribuye el PCB. Voy a asumir que el calor generado no es trivial.

Esto es lo que yo haría ...

1. Gire las tapas 90 grados (a veces en el sentido de las agujas del reloj, a veces en sentido contrario a las agujas del reloj). Lo que está haciendo es juntar los pines GND de las tapas y acortar la distancia entre la GND del LDO y las tapas.
2. Haz todos tus rastros más anchos. Al menos tan ancho como el pad al que se conecta. Utilice varios VIA's si puede.
3. Ponga los rastros de + 6v "en otro lugar". Ya sea en la parte posterior de la PCB o a la derecha de los LDO. Esto tendrá sentido en breve.
4. Coloque un plano de cobre en la capa superior, debajo y alrededor de toda la cosa. Conecte esto a la capa GND usando múltiples VIAs. Usaría aproximadamente 10 vías por LDO, principalmente alrededor del enorme pin GND. El pin GND tanto de los LDO como de los casquillos se debe conectar a este plano DIRECTAMENTE, sin ningún "alivio térmico". Este plano debe ser razonablemente grande, aunque el tamaño exacto depende del espacio disponible y de la cantidad de calor que emitirán los LDO. 1 o 2 pulgadas cuadradas por LDO es un buen comienzo.

Hay dos razones para el plano de cobre. 1. Da el calor del LDO a algún lugar para ir a disiparse. 2. Proporciona una ruta de baja impedancia entre las tapas y el LDO.

El motivo de todas las vías es: 1. Permite que parte del calor se transfiera a la capa GND. 2. Proporciona una ruta de baja impedancia desde el LDO hasta la capa GND.

Y la razón de los trazados más abundantes y las vías múltiples es simplemente para una ruta de impedancia más baja.

Sin embargo, le advertiré: hacer esto hará difícil la soldadura manual de los LDO. Los planos de cobre + vías querrán absorber el calor del soldador y la soldadura no se fundirá por mucho tiempo (si es que lo hace). Puede evitar esto usando un soldador más caliente o, mejor aún, precalentar las cosas usando una pistola de calor para calentar primero todo el PCB. No lo caliente lo suficiente como para fundir la soldadura (use su plancha normal para eso). Al precalentar todo el tablero, las exigencias de su plancha serán menores. En mi humilde opinión, esto no es un gran problema, pero es algo que debe conocer y planificar.

Este método también te dará una buena conexión con GND, mucho mejor que cualquier cosa que nos hayas comentado en las hojas de datos.

Actualización, basada en la nueva información del póster original:

Su regulador de 5v está cayendo de 6v a 5v (una caída de 1 voltio) a 400 mA. Esto va a producir 0.4 vatios de calor. 6v a 3.3v a 150 mA = 0.4 vatios. 6v a 1.8v a 200 mA = 0,84 vatios. Total de 1,64 vatios para los tres LDO. Si bien esto no es una locura, es una buena cantidad de calor. Lo que significa que debe prestar atención a cómo se enfriará esto, de lo contrario se sobrecalentará. Usted está bien encaminado para hacerlo correctamente.

Quieres un solo plano, no tres. Y el avión debería extenderse lo más lejos posible, recomiendo al menos el doble del área de los LDO. Cuanto más grande sea el avión, mejor será el efecto de enfriamiento. Si el avión es realmente grande, entonces querrá poner al menos cuatro vías por cada pulgada cuadrada. Al compartir el avión, los tres reguladores están compartiendo el enfriamiento. Si no hiciste esto, entonces un regulador podría calentarse mucho mientras que los otros dos simplemente estarán calientes.

Otra optimización que puedes hacer es con la forma en que el + 6v llega a cada LDO. Por el momento va rondando la gorra, hasta el LDO. Solo haz que entre directamente en la tapa, sin envolverla. Esto te permitirá usar trazas más gruesas y mantener las cosas un poco más cortas. Esa pequeña cantidad de avión GND que se envuelve alrededor de la tapa no ayuda mucho de todos modos.

Querrás varias vías desde la salida del LDO hasta donde sea que vaya esa potencia. No solo la vía que tienes ahora.

Por "conexión Kelvin", significan: poner dos trazas separadas en cada uno de los pines Vin y Vout: una traza de "baja corriente" que solo se conecta al capacitor, y una traza de "alta corriente" para cosas externas . Esto es muy similar a (y por las mismas razones que) las resistencias de derivación de sentido actuales utilizan una conexión de Kelvin con dos conexiones separadas a cada extremo de esa resistencia.

Ya estás haciendo eso, y ya estás colocando un plano de tierra firme debajo de todo, por lo que el diseño de tu PCB se ve genial.

Parece que estás usando la huella "mínima" recomendada para este paquete; personalmente, usaría mucho más cobre, pero tal vez tu aplicación se disipe tan poco calor que no sea necesario. a b

En los diseños que he hecho que tienen múltiples carriles de alimentación, A menudo tengo todas las partes que necesitan un riel eléctrico juntos, y todas las partes que necesitan el otro poder en otro lugar, Así que coloco cada regulador de voltaje cerca de las partes que lo necesitan. (Es mejor si el rastro de voltaje "no regulado" serpentea un largo camino a través del tablero y cae unos cien milivoltios más o menos que si el rastro de voltaje "regulado" hace lo mismo También evita empacar todas las cosas calientes juntas.

Mientras pones las tapas en la "línea frontal" del regulador, pongo mis gorras en el "flanco" del regulador. Esto coloca el suelo de las tapas más cerca de la pestaña de tierra real del regulador, mientras que aún permite una conexión Kelvin a las tapas Vin y Vout. Como beneficio adicional, no necesitarás "serpentear" alrededor de las tapas para llegar al pin Vin del regulador.

También puse una almohadilla grande y bonita en la capa inferior y la conecté con un montón de vías. Es importante que hagas de esto una almohadilla para que no tenga ninguna máscara de soldadura (o simplemente puedes dejar un vacío en la capa de soldadura inferior, lo mismo). La falta de máscara de soldadura mejora la conductividad térmica con el aire. Sin embargo, no haga esto con la almohadilla superior, ya que podría dificultar el montaje.

En cuanto al conector de alimentación, lo conectaría directamente al plano de tierra. Como lo dijo David, no puedes ser más grande ni más gordo que un avión. EDITAR: A menos que tal vez el conector esté a solo una o dos pulgadas de los reguladores. Todavía usaría vias, además de un gran rastro de terreno grueso en la capa superior. Más de una pulgada o dos y no vale la pena, en ese punto la traza probablemente tendría más impedancia que las vías.

Es casi seguro que el voltaje del núcleo de CPLD no consumirá 200 mA a menos que tenga como 10 de ellos funcionando a 50 MHz o algo así. Busque la corriente dinámica máxima en la hoja de datos para obtener una figura más realista. O programe los CPLD para alternar lo más rápido y a menudo posible y volver a medir el consumo de corriente (no consumirá ninguna corriente cuando la lógica central no cambie de estado). El ejemplo de Xilinx CPLD que encontré tenía una corriente máxima que depende en gran medida de la frecuencia y varió de cientos de uA a docenas de mA.

Consideraría la posibilidad de conectar en cascada el regulador de 1,8 V de la salida de los reguladores de 3,3 V. Esto reducirá el consumo de energía de los reguladores de 1.8V en un 65%, a costa de aumentar la disipación de 3.3V por corriente adicional. Debería hacer un crujido de los números para ver si esto vale la pena (por lo general, es cuando el regulador más pequeño consume menos corriente que el regulador más grande). Pero una ventaja muy buena es que obtienes el doble de rechazo de la onda cuando conectas en cascada los reguladores.

Otro consejo en el departamento de calefacción es invertir en un termómetro infrarrojo (son como USD $ 20). Esta es una excelente manera de obtener mediciones de temperatura, especialmente porque la superficie negra de los circuitos integrados a menudo tiene una gran emisividad. Por lo general, creo un firmware especial que intencionalmente utiliza más recursos de los necesarios para obtener las mediciones de "prueba de esfuerzo", mientras que el PCB permanece en el gabinete durante una hora o dos, por lo que estoy seguro de que alcanzó una temperatura de estado estable.

Por último, si bien no te va a perjudicar hacer un vertido de cobre gigantesco para toda la sala, sería una mala idea si estuvieras usando dos reguladores del mismo voltaje en paralelo. Debido a las tolerancias de fabricación, un regulador comenzará a calentarse más que el otro, lo que resultará en una impedancia más baja, lo que significa más corriente, lo que significa más calor, lo que significa una impedancia más baja ... hasta que obtenga un escape térmico. Esa no es una preocupación en su aplicación actual, pero es algo que debe tenerse en cuenta en el futuro.

La mejor opción, coloque un plano de tierra debajo de los tres LDO, Dado que ese es el enfoque que tomaste, todo se ve bien desde tu diseño.

Segunda mejor opción, haz una red terrestre en estrella si no tienes la capacidad de lanzar un plano terrestre.