Posizionamento dei condensatori di bypass dopo che VCC ha raggiunto l'IC

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Ho una domanda sui condensatori di bypass e sui loro possibili posizionamenti.

Sto progettando quello che spero sia un PCB a doppia faccia, che ha il VCC e la stragrande maggioranza delle linee dati su un lato, con la maggior parte dell'altro lato come un piano GND che il primo lato può attraversare secondo necessità.

Ho trovato un'immagine di un PCB online che sta facendo cose simili che voglio ottenere, che è l'interfaccia per lo più parti da 3,3 V su un PCB progettato per accoppiarsi con un host 5V. Come tale, ha 3 circuiti integrati della famiglia SN74LVCH16245A per la conversione del livello del segnale da 5 V a 3,3 V e viceversa.

Ho trovato elegante il modo in cui il progettista ha fatto i condensatori di bypass: sembra che ci sia un piccolo piano VCC creato sotto gli IC SN74LVCH16245A e che le linee VCC sugli IC siano collegate a quel piano sul lato opposto dei loro pin , con i condensatori di bypass quindi collegati al pin sul suo lato normale, e quindi l'altra connessione del condensatore di bypass passa ordinatamente sull'altro lato per GND.

Ho disegnato una scatola sopra i circuiti integrati SN74LVCH16245A nell'immagine seguente:

Ho fatto un diagramma di ciò che penso stia succedendo di seguito:

La mia domanda è: va bene posizionare i condensatori di bypass dopo che il VCC sul PCB ha raggiunto i pin VCC sull'IC? Lo chiedo perché non ho mai visto condensatori di bypass posizionati in questo modo o consigliato di posizionarli in questo modo. In ogni illustrazione che ho visto, la linea VCC arriva verso il pin VCC sull'IC dalla direzione normale di tutte le altre linee di dati. E i condensatori di bypass sono sempre tra il VCC in ingresso al pin e il pin VCC sull'IC stesso, ma mai dopo, come da illustrazione sotto:

Se è vero che è giusto posizionare i condensatori di bypass in modo tale, allora sarebbe possibile combinare quel design con il posizionamento di condensatori di bypass come "ponti" su pin di dati adiacenti degli IC, no? Come da illustrazione sotto?

Qualcuno potrebbe darmi qualche idea se questo è ok o se hanno un suggerimento migliore su come posizionare i condensatori di bypass?

Grazie!

capacitor bypass

— Alister Smith
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Diffidare di formare anelli nel percorso di disaccoppiamento che POSSONO essere in grado di agire come radiatori (o ricevitori). | L'impedenza dal pin a tutte le questioni relative ai pozzi / fonti. Come dice Mattman944 - il tappo fisico dopo che un pin è OK - è l'impedenza da un tappo all'altro, un tappo per ricaricare la fonte, un tappo per una o più fonti di rumore che contano. Si ottiene una "somma vettoriale" di percorsi di protezione e percorsi di origine mentre si sposta il limite. La posizione elettrica non ha magia fino a quando i risultati dell'impedenza complessiva non sono influenzati negativamente.

— Russell McMahon,

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L'importante è avere un percorso di induttanza bassa tra il condensatore di disaccoppiamento e il pin IC. Qualsiasi induttanza riduce l'efficacia della capacità. Mettere il condensatore "dopo" la traccia di alimentazione significa che il condensatore dovrà essere ricaricato tramite un'induttanza più elevata, ma non riesco a capire perché questo avrebbe importanza.

Bassa induttanza = tracce corte e larghe. La traccia molto ampia sotto l'IC ha un'induttanza piuttosto bassa, quindi inserire i disaccoppiatori a sinistra e a destra dell'IC nei diagrammi è solitamente efficace. Sembra possibile che le tue alternative possano essere altrettanto efficaci, supponendo che altre cose non siano state compromesse.

Si noti che l'induttanza e il condensatore formano un circuito risonante, il filtro non sarà efficace alla frequenza di risonanza. Pertanto, i progettisti utilizzano spesso più valori di disaccoppiatori per risolvere questo problema. Come 0,1 uF e 0,01 uF, o per una scheda ad alta frequenza, forse 0,01 e 0,001 uF

Esistono strumenti ad alta tecnologia (ovvero costosi) per analizzare l'efficacia del tuo disaccoppiamento. Non li ho mai usati personalmente, sono venuti dopo che ho smesso di progettare da solo le schede.

— Mattman944
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Generalmente, i valori multipli dei disaccoppiatori non sono una buona idea a meno che non siano distanti un paio di decenni (si ottengono fastidiose interazioni risonanti altrimenti agiscono per lasciare una frequenza o tre sostanzialmente non filtrate, Ott ne discute in dettaglio in Ingegneria della compatibilità elettromagnetica )

— TrifoglioEel

@ThreePhaseEel - Interessante, non penso che sia nella mia vecchia versione del libro di Ott, controllerò. Ho seguito il corso EMC dall'uomo stesso negli anni '80, quando il mio datore di lavoro avrebbe pagato corsi utili, in seguito tutto era una schifezza per le risorse umane. Gli EE più giovani che facevano le schede per me usavano strumenti di modellazione per ottimizzare i disaccoppiatori, questo di solito comportava valori multipli.

— Mattman 944,

Nel libro attuale, è l'11.4.3 / 11.4.4

— ThreePhaseEel,

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RE: "l'induttanza e il condensatore formano un circuito risonante, il filtro non sarà efficace alla frequenza di risonanza." Questo non è corretto Questa è una risonanza in serie e l'impedenza va a 0 alla frequenza di risonanza, quindi il filtro sarà più efficace a questa frequenza. Al di sopra della risonanza, l'induttore diventa dominante e l'impedenza aumenta. È anche possibile che due condensatori di bypass in parallelo abbiano una "anti-risonanza" in cui la capacità di uno è parallela a risonanza con l'induttanza dell'altro, causando un'impedenza molto elevata. Ma per un singolo limite, la risonanza è buona.

— Il fotone

@ThreePhaseEel, il consiglio, diciamo, di Murata, è assicurarsi che i condensatori paralleli siano distanti meno di un decennio per evitare l'anti-risonanza. È quando c'è troppa differenza di valore che potresti incontrare problemi.

— Il fotone

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Dopo aver compreso come eseguire alcuni grafici di impedenza del layout, è possibile variare l'induttanza di traccia di 0,5nH / mm e scegliere i valori limite con s-parms o ESR e calcolare l'impedenza del piano di potenza o meno.

Ma ricorda che la risonanza si verificherà sempre dove meno lo desideri. ( Legge di Murphy)

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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@ Sunnysyguy Grazie per aver fornito i grafici di risonanza. Le persone hanno bisogno di vederle, di ricordare la mentalità "questa non è magia".

— analogsystemsrf,

Sì, non è difficile simularlo. Solo una curva di apprendimento sulle proprietà geometriche e una ricerca per il disaccoppiamento dei parametri s del condensatore. Avevamo l'abitudine di mettere ciecamente i tappi sulla logica ma con l'ondulazione di SMPS e l'aggiunta di "volenti o nolenti" tappi, si potrebbe effettivamente peggiorare o migliorare.

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

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Non importa Non pensare in termini di "la corrente che va all'IC dall'alimentatore ricarica il condensatore di disaccoppiamento sulla sua strada verso l'IC". Ciò non segue alcuna analogia meccanica a cui potremmo essere abituati, come il serbatoio di riserva su un compressore d'aria, i serbatoi d'acqua o i treni di alimentazione.

Pensa ad analisi separate AC e DC dei circuiti. Per le correnti CC / bassa frequenza, l'alimentatore alimenta il condensatore. Sotto AC / alte frequenze, la vera alimentazione è un circuito aperto e l'alimentazione effettiva è in realtà il condensatore stesso.

Esistono due diverse varianti dei circuiti che si sovrappongono l'uno sull'altro, quindi ciò che conta davvero è la distanza minima tra il componente e il condensatore. Il percorso di corrente CC che aggiorna il condensatore non gioca nel percorso di corrente CA che il condensatore sta effettivamente fornendo. Le correnti CC che superano il condensatore prima di raggiungere l'IC sono irrilevanti.

Questo è trattato più in dettaglio nel libro di Henry Ott sul libro Ingegneria della compatibilità elettromagnetica nella sezione 11.7

— DKNguyen
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Dopo va bene. Forse il progettista del PCB ha usato questo approccio per ridurre l'area del loop dell'IC + bypasscap. Le aree più piccole del circuito richiedono meno energia per combattere l'induttanza (più piccola).

Controllare nei condensatori X2Y e in che modo il flusso di correnti attraverso le vie PCB adiacenti può ridurre al minimo l'induttanza e migliorare il bypass.

Stai esplorando un argomento cruciale per la fedeltà dei dati ad alta frequenza. Disegna la topologia 3_D (non 2_D, ma 3_D) ed esamina il volume racchiuso totale. Ridurre al minimo quel volume è la chiave per un minimo accumulo di energia e quindi un'induttanza minima.

— analogsystemsrf
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Hm, dubito che sia davvero il volume. Dovrebbe essere ancora una superficie anche per il 3D. Ad esempio una coppia differenziale attorcigliata a spirale racchiude un volume di un cilindro, ma l'induttanza è ancora piccola perché i campi opposti si annullano.

— jpa,

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Se l'obiettivo generale è bypass esr basso. Si consiglia vivamente una potenza di dimensioni standard e un piano di massa, con il risultato ESR più basso. Quindi il posizionamento dei viali che collegano i cappucci di bypass è il più importante. Volete il vcc e gnd via è il più vicino possibile per i capicator. E per i circuiti integrati vuoi i viali più vicini che puoi portarli ai pad. Questo design produrrà il rumore più basso e il sistema più stabile.

Quindi, per la tua domanda per un design a 2 strati, è molto attento a instradare tutto. Consiglio vivamente di aggiungere una potenza interna e un piano di massa. Se non ci riesci, prendi in considerazione di versare gnd da un lato e accendi l'altro, e mantieni lo spazio affinché i pour rimangano connessi.

— user850688
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Ad ogni modo va bene, l'unica cosa importante è metterli vicino ai perni.

Quello a cui penserei di più è se vuoi davvero un grande aereo GND su un lato della tavola. Trattiamo GND come se fosse un magico 0V che può affondare roba infinita. In realtà tutte quelle connessioni GND devono effettivamente fluire attraverso quel piano.

Ciò significa che hai più tensioni che viaggiano sullo stesso percorso. Il tuo piano GND avrà potenziali diversi, che non sono 0V. Questo non è sempre un grosso problema, ma se il rumore è qualcosa di cui ti preoccupi è sicuramente qualcosa che devi guardare.

Avere percorsi di ritorno isolati per alcuni componenti è un'ottima idea.

— hekete
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“Ciò significa che hai più tensioni che viaggiano sullo stesso percorso. Il tuo piano GND avrà potenziali diversi, che non sono 0 V. " Ma considerando che ha una resistenza molto bassa, non dovrebbe avere quasi la stessa tensione ovunque? Naturalmente per circuiti analogici molto precisi "quasi" potrebbe non essere abbastanza buono.

— Michael,