LDO 的布局建议

电器工程 布局 我愿意
2022-01-09 05:10:40

我正在开发一个由 3 个电压供电的四层板 - 1.8V、3.3V 和 5.0V。该板具有以下堆叠:

  1. 信号
  2. 地面
  3. 3.3V
  4. 信号

地和 3.3V 平面完全没有损坏。没有信号或电源迹线在它们上面传播。

我正在使用三个 LP38690DT LDO 来供电——这是我的电路。

电源稳压器

点击这里查看大图。

我关心的是这些设备的布局。数据表建议以下内容

做到这一点的最佳方法是在器件附近布置 CIN 和 COUT,并用短迹线连接到 VIN、VOUT 和接地引脚。稳压器接地引脚应连接到外部电路 > 接地,以便稳压器及其电容器具有“单点接地”。

我对“单点接地”一词有些困惑,但我尽我所能遵循数据表中给出的建议 - 但我不确定我是否正确:

在此处输入图像描述

请注意,红色文本只是为了让这里的人们清楚 - 我会在之后删除它。每个调节器都直接连接到电容器,调节器的接地引脚直接连接到电容器的接地引脚。这是数据表的意思吗?

数据表继续说

由于大电流流过进入 VIN 和来自 VOUT 的走线,因此开尔文将电容器引线连接到 >这些引脚,因此输入和输出电容器没有串联电压降。

开尔文连接是什么意思?我知道开尔文连接是什么 - 我不明白它在 LDO 的上下文中意味着什么。

我的第三个问题是关于所有三个监管机构的。正如我所提到的,每个 IC 都从将其电容器连接到接地层的同一通孔引用接地。但是,我应该将所有三个稳压器都连接到同一个接地点,即所有三个稳压器都应该连接到“单个接地点/通孔”吗?

最后,输入电压由一个 4 点通孔连接器馈送,该连接器在两个导体上承载 6V,在另外两个导体上承载 GND。GND 引脚直接连接到接地层。这可以吗,还是我应该通过粗迹线将 GND 引脚直接连接到稳压器的 GND 引脚?

注意:布局图片没有显示任何连接到调节器输出的东西。还行吧。我仍然需要将我的 IC 连接到电源。另外:调节器下方的栗色不是网。这是 Altium 在 PCB 布局中显示“房间”的方式。

当前要求

大部分电流来自 5V 电源。5V 电源连接到 LCD 显示器,该显示器将绘制最大值。400mA(背光打开时) - 但通常在 250mA 左右。

3.3V 电源将消耗最大值。300mA(不连续),但通常约为 150mA 或更少。

1.8V 是我的电路板拥有的 CPLD 内核的电源。我无法估计这一点,但我已经测量过了。启动时,约为 30mA,但随后降至 0mA。我的仪表似乎不够灵敏,无法实际测量电流。我认为 200mA 将是一个安全的选择。


更新布局:

在此处输入图像描述

我希望这就是这里的人们的意思。我不确定我应该倒一个大铜还是三个独立的,所以我选择了 3 个独立的。

更新布局(再次):

在此处输入图像描述

我现在制作了一个巨大的铜浇注而不是 3 个独立的浇注。我不知道如何使用多个过孔将我的 3.3V 电压连接到我的电源层,所以以上是我的尝试。我做了一个小填充并将其直接连接到我的输出电容器。从那里我有 4 个通孔,每个 25 毫米大小,直接连接到我的电源平面。这是更好的方法吗?

填充物与其他物体之间的间隙约为 15 米。我应该增加这个吗?

4个回答

但总的来说,你过度思考了 GND 的重要性。这很重要,不要误会我的意思。只是还有其他同样重要的事情,正确设置 GND 相对容易。

你指定了电压,你没有指定电流。在不知道电流的情况下,我们不知道 LDO 产生的热量。而且热量会极大地影响PCB的布局方式。我将假设产生的热量不是微不足道的。

这就是我要做的...

  1. 将盖子旋转 90 度(有时顺时针,有时逆时针)。您正在做的是将电容 GND 引脚放在一起并缩短 LDO 的 GND 和电容之间的距离。
  2. 让你的所有痕迹更宽。至少和它连接的焊盘一样宽。如果可以,请使用多个 VIA。
  3. 将 +6v 迹线放在“其他地方”。在 PCB 的背面或 LDO 的右侧。这很快就会有意义。
  4. 将铜平面放在顶层,在整个物体的下方和周围。使用多个 VIA 将其连接到 GND 层。每个 LDO 我会使用大约 10 个过孔,主要是在巨大的 GND 引脚周围。LDO 和电容的 GND 引脚应直接连接到该平面,没有任何“散热”。这个平面应该相当大,尽管确切的大小取决于可用空间和 LDO 将散发多少热量。每个 LDO 1 或 2 平方英寸是一个好的开始。

铜平面有两个原因。1.它使LDO的热量散发到某个地方。2. 它在电容和 LDO 之间提供了一条低阻抗路径。

所有过孔的原因是: 1. 它允许一些热量传递到 GND 层。2. 它提供了从 LDO 到 GND 层的低阻抗路径。

更粗的走线和多个过孔的原因仅仅是为了降低阻抗路径。

但是,我要警告您:这样做会使 LDO 的手工焊接变得困难。铜平面 + 通孔将希望从烙铁上吸走热量,并且焊料不会长时间保持熔化(如果有的话)。您可以通过使用更热的烙铁来解决这个问题,或者通过使用热风枪首先预热整个 PCB 来更好地预热东西。不要让它变得足够热以熔化焊料(使用普通熨斗)。通过预热整个电路板,对熨斗的要求会降低。恕我直言,这没什么大不了的,但需要注意和计划。

这种方法还可以为您提供与 GND 的良好连接,比您从数据表中告诉我们的任何方法都要好。

更新,基于原始海报的新信息:

您的 5v 稳压器在 400 mA 时将 6v 降至 5v(1 伏降)。这将产生 0.4 瓦的热量。6v 至 3.3v,150 mA = 0.4 瓦。200 mA 时为 6v 至 1.8v = 0.84 瓦。所有三个 LDO 的总功率为 1.64 瓦。虽然这并不疯狂,但它的热量相当可观。这意味着你必须注意它是如何冷却的,否则它会过热。您正在顺利完成这项工作。

你想要一架飞机,而不是三架。并且平面应该尽可能地向外延伸,我建议至少将LDO本身的面积扩大一倍。平面越大,散热效果越好。如果平面真的很大,那么您需要为每平方英寸放置至少四个过孔。通过共享飞机,三个监管机构共享冷却。如果你不这样做,那么一个调节器可能会变得非常热,而另外两个只是温暖。

您可以做的另一个优化是 +6v 如何进入每个 LDO。目前它绕过上限,到达 LDO。让它直接进入盖子,不要缠绕。这将允许您使用更粗的走线并保持更短的时间。无论如何,包裹在盖子周围的少量 GND 平面并没有多大帮助。

您需要从 LDO 的输出到电源所在的任何位置的多个过孔。不仅仅是您现在拥有的单通道。

“开尔文连接”的意思是:将两条单独的迹线连接到每个 Vin 和 Vout 引脚——一条“低电流”迹线仅连接到电容器,一条“高电流”迹线连接到外部材料。这与电流检测分流电阻器使用开尔文连接非常相似(并且出于相同的原因),该电阻器的每一端都有两个单独的连接。

您已经这样做了,并且已经在所有东西下面放置了一个坚固的接地层,因此您的 PCB 布局看起来很棒。

看起来您正在使用此封装的“最小”推荐占用空间——我个人会使用更多的铜,但也许您的应用程序散发的热量太少,因此没有必要。 一个 _

在我完成的具有多个电源轨的设计中,我经常将需要一个电源轨的所有部件放在一起,而所有需要另一个电源的部件放在其他地方,所以我将每个稳压器放在需要的部件附近它。(如果“未调节”的电压迹线在电路板上蛇行很长一段路并下降大约 100 毫伏,比“调节”的电压迹线做同样的事情要好,这也避免了将所有热的东西打包在一起)。

你把帽子放在调节器的“前线”,而我把帽子放在调节器的“侧面”。这使电容的接地更接近稳压器的实际接地片,同时仍允许开尔文连接到 Vin 和 Vout 电容。作为奖励,您不再需要绕着盖子“蛇行”以到达调节器的 Vin 引脚。

我还在底层放了一个漂亮的大地垫,并用一堆通孔连接它。重要的是你要把它做成一个焊盘,这样它上面就没有任何阻焊层(或者你可以在底部焊料层上放一个空隙,同样的事情)。没有阻焊层提高了空气的导热性。但是,不要对顶垫进行此操作,这可能会使组装更加困难。

关于电源连接器,我会将其直接连接到接地层。正如大卫所说,你不可能比飞机更大或更胖。编辑:除非连接器距离调节器只有一两英寸。除了顶层的大粗接地线外,我仍然会使用过孔。超过一英寸或两英寸,这是不值得的,在这一点上,走线的阻抗可能比通孔大。

CPLD 内核电压几乎肯定不会消耗 200 mA,除非您有 10 个以 50 MHz 或类似的速度运行。查看数据表中的最大动态电流以获得更真实的数字。或者对 CPLD 进行编程以尽可能快且频繁地切换并重新测量电流消耗(当核心逻辑不改变状态时,它不会消耗任何电流)。我发现的 Xilinx CPLD 示例的最大电流很大程度上取决于频率,从数百 uA 到数十 mA 不等。

我会考虑从 3.3V 稳压器输出级联 1.8V 稳压器。这将使 1.8V 稳压器的功耗降低 65%,代价是通过额外电流增加 3.3V 耗散。您应该计算这些数字,看看这是否值得(通常是较小的稳压器消耗的电流比较大的稳压器少)。但一个非常好的好处是,当您级联调节器时,您会获得双倍的纹波抑制。

供暖部门的另一个建议是购买红外温度计(它们大约 20 美元)。这是进行温度测量的好方法,尤其是因为 IC 的黑色表面通常具有很高的发射率。我通常会创建特殊固件,故意使用比必要更多的资源来进行“压力测试”测量,同时将 PCB 留在外壳中一两个小时,以便我确信它达到了稳态温度。

最后,虽然为整个房间浇注一个巨大的铜不会对您造成伤害,但如果您同时使用两个相同电压的稳压器,这将是一个坏主意。由于制造公差,一个稳压器将开始变得比另一个更热,导致阻抗降低,这意味着更多的电流,这意味着更多的热量,这意味着更低的阻抗......直到你得到热失控。这在您当前的应用程序中不是问题,但在未来需要牢记。

最佳选择,在所有三个 LDO 下方放置一个接地层,因为这是您采用的方法,所以从您的布局来看,一切看起来都不错。

第二个最佳选择,如果您没有能力放弃接地平面,请使用星形接地网络。