Instradamento di un convertitore buck / boost buck / boost

Ho bisogno di aiuto con il layout di un alimentatore. Ho fallito le prime due iterazioni poiché non ho l'esperienza necessaria e vorrei evitare un'altra corsa costosa.

Per completezza, ecco la domanda precedente (correlata): Problema di rumore con il regolatore di commutazione buck / boost

Il mio dispositivo è alimentato da una batteria agli ioni di litio, ma necessita di una tensione di funzionamento di 3,3 V. Pertanto, Vin = 2,7-4,2 V, Vout = 3,3 V. Ho deciso di utilizzare un regolatore di commutazione buck / boost LTC3536: http://cds.linear.com/docs/en/datheet/3536fa.pdf

Ho sostanzialmente utilizzato l'implementazione di riferimento (pagina 1 del foglio dati) per un alimentatore 1A / 3.3V. Ecco gli schemi:

Esistono tre piani di massa separati: PGND, proveniente dalla batteria e collegato all'LTC3536; GND, la massa del segnale che si dirama dal pin 3, e AGND, utilizzato per sensori analogici ecc. Che si dirama dal piano GND.

Questa è l'ultima versione della scheda a 2 strati. Il rosso è in alto, il blu è in basso. È abbastanza vicino alla scheda demo di LT. Ho annotato i diversi piani di base, nonché VBATT e VCC.

Considerazioni sul design

Ho cercato di aderire ai consigli che ho trovato nel foglio dati e alle risposte che ho ricevuto sulla domanda precedente. Uso 3 diversi piani di massa come descritto sopra, collegati in un unico punto usando una resistenza da 0 Ohm. Ho provato ad usare un approccio simile a una stella per instradare il VCC. L'AVCC è collegato al VCC usando una resistenza da 0 Ohm.

Domande

Uno dei problemi con il design precedente era che ho collegato il pad esposto di U3 usando vias sul lato del chip. Ciò ha richiesto molto spazio. Ora ho capito che LT ha aggiunto sulla loro scheda demo i via direttamente sotto il pad esposto. Non sapevo che questo fosse possibile - devo fare qualcosa di speciale per questi via?
Non sono abbastanza sicuro del posizionamento dei piani di terra. Al momento, il piano GND si stacca dal pin 2/3 ed è collegato al piano AGND e PGND usando una resistenza da 0 Ohm. Il posizionamento di questo resistore è una specie di atm casuale.
L'intero circuito viene commutato utilizzando un IC soft-on / off MAX16054, che si collega a SHDN di U3 (pin 10). Il MAX16054 è collegato a VBATT e GND (non PGND). Questo potrebbe causare problemi?

Qualsiasi commento sarebbe molto apprezzato!

— arnuschky
fonte

lettura pertinente: analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/…

— Phil Frost

anche: electronics.stackexchange.com/questions/74509/…

— Phil Frost,

Il primo documento collegato da @PhilFrost è fantastico. Mi ha aiutato a capire come instradare SMPS. Lo consiglio vivamente.

— Jesus Castane,

@arnuschky Non sono d'accordo con i GND separati. A volte crea più problemi che risolve. In qualche modo i condensatori di uscita del tuo SMPS sono l'alimentazione del tuo circuito. Quindi consideriamo C17 e C18 il vostro alimentatore. I loro pin Vcc alimentano tutto il tuo circuito MA il loro punto GND è isolato (Ok. Non isolato ma troppo lontano) dal tuo circuito! Secondo me questo è un grosso problema. Perché non consideri l'adesione a PGND e AGND? Attenzione con la tua traccia di feedback. Attraversa una divisione GND! Mantenerlo sullo stesso piano di potenza.

— Jesus Castane,

OK grazie, riparerò il piano di potenza. Non sono sicuro di unirmi a PGND e AGND. Non corro il rischio di vedere le correnti dall'SMPS nei circuiti analogici? Per quanto riguarda i tappi di uscita: secondo te, dovrei spostarli su GND? Questo è l'opposto di quello che ha detto AndyAka nell'altra domanda.

— arnuschky,

Risposte:

Spero di non contraddire nulla di ciò che è stato detto nella risposta alla domanda precedente !!!

Il punto di feedback deve essere preso il più vicino possibile al pin di uscita. Notare la traccia sul lato non componente del documento LTC3536.

Userei un piano di massa completo sul lato inferiore tutto intorno ma l'estremità di bassa tensione di R7 deve arrivare al pin 2 e quindi il pin2 deve puntare a stella sotto il chip al piano di terra completo locale.

Non aggiungerei R27 (e pin 3) per alimentare il rame superiore che si collega al rame inferiore (GND Plane) - Lascerei (quello che hai chiamato) un aereo GND inondare attraverso la terra dove si trova R11 e fino al piano di terra analogico.

La traccia dal pin 10 dovrebbe tentare di mantenere il più possibile lo strato superiore in modo da non interrompere i piani di terra sottostanti.

— Andy aka
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Ehi Andy. Grazie per i vostri commenti (di nuovo!) Ho iniziato ad attuare le modifiche quando stavo incontrando alcuni problemi. Ora ho ridisegnato il layout molto vicino alla scheda demo di LT. Usando questo layout, il tuo primo e ultimo punto sono fissi. Sfortunatamente, non ho capito appieno quello che hai detto sugli aerei di terra. Il piano GND ora si stacca dal pin 2/3 e l'AGND è collegato a quel piano separatamente. Lo stesso per R27. È corretto così?

— arnuschky,

@arnuschky Quale pezzo dell'aereo gnd non hai seguito?

— Andy aka

Quello che non capisco è questo: uso un piano completo per la messa a terra sotto il chip (strato inferiore). I pin 5 e 13 si collegano lì, così come i tappi di ingresso e uscita. Come posso quindi mettere un altro piano per la massa del segnale (pin 2) sotto il chip se ho solo 2 strati? Quello che non ho fatto è avere il segnale di massa (piano GND) un po 'più lontano, portare il pin 2 lì e stella a questo punto (vedi blocco di vie 4x3), ma non sono sicuro di questo punto stella.

— arnuschky,

Le connessioni GND (al contrario di PGND) non hanno un piano: puntano verso PGND e non devono trasportare alcuna corrente correlata alla fonte di alimentazione in ingresso e al carico in uscita. PGND è il piano che si trova sotto il chip e sotto il PCB. Tutti i componenti che si collegano a "GND" (come R7) si collegano al pin 2 che quindi si dirige direttamente a PGND.

— Andy aka

Ho l'impressione di aver frainteso qualcosa di sostanziale qui. Attualmente, ho tre piani, uno per PGND, su cui devono rimanere tutti i percorsi ad alta corrente del convertitore, uno per GND "normale", che fornisce collegamenti di terra a tutti gli altri dispositivi (CI ecc.) E uno per AGND, che fornisce la terra per componenti analogici (sensori ecc.). Il piano GND è collegato a PGND e AGND in un punto ciascuno.

— arnuschky,

Rispondere alla mia domanda riguardante i via nel pad esposto di U3:

Come temevo, non è così semplice mettere i via in un pad. La saldatura potrebbe fluire attraverso la via e può creare un disastro sull'altro lato e una cattiva connessione del lato componente. Vedi questi link per esempio:

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

Né certo come lo risolverò. Abbastanza carino di LT per far dipendere la scheda demo da questo. Vedo le opzioni dell'albero:

avere i vias tappati (costosi)
allontanare i via dal pad (potrebbero verificarsi altri problemi in quanto i componenti non possono essere posizionati abbastanza vicino)
ridurre il diametro via e sperare che ciò sia sufficiente

Nessuna di queste opzioni è davvero soddisfacente. :(

— arnuschky
fonte

Sicuramente è necessario collegare vias se la pasta saldante si depositerà su di essi. Altrimenti avrai problemi nel processo di assemblaggio. Esistono altre opzioni rischiose. Fai una piccola apertura della maschera di saldatura sotto il chip. Come mostra questa immagine s3-blogs.mentor.com/tom-hausherr/files/2011/04/… . In questo caso è possibile allontanare i viali dalle aree di pasta saldante. (Mi dispiace, forse non è la migliore immagine per mostrarlo). La seconda opzione che commenta è possibile ma non proverei la terza.

— Jesus Castane,

Andrò con l'opzione 2. Dato che LT non afferma esplicitamente che i via devono essere sotto il pad per motivi termici, presumo che sia ok. Grazie per la tua risposta Gesù.

— arnuschky,