LDO에 대한 레이아웃 조언

1.8V, 3.3V 및 5.0V의 3 가지 전압으로 구동되는 4 레이어 보드를 개발 중입니다. 보드에는 다음과 같은 스택 업이 있습니다.

1. 신호
2. 바닥
3. 3.3V
4. 신호

접지와 3.3V 평면은 완전히 손상되지 않았습니다. 신호 또는 전력 트레이스가 이동하지 않습니다.

전력을 공급하기 위해 3 개의 LP38690DT LDO를 사용하고 있습니다. 여기 회로가 있습니다.

더 큰 그림을 보려면 여기 를 클릭 하십시오 .

내 관심사는 이러한 장치의 레이아웃입니다. 데이터 시트는 다음을 제안합니다

이를 수행하는 가장 좋은 방법은 VIN, VOUT 및 접지 핀에 짧은 트레이스를 사용하여 장치 근처에 CIN 및 COUT을 배치하는 것입니다. 조정기 접지 핀은 외부 회로 접지에 연결하여 조정기와 커패시터가 "단일 지점 접지"를 갖도록해야합니다.

"단일 지점"이라는 용어로 다소 혼란 스러웠지만 데이터 시트에 나와있는 조언을 최대한 활용하려고 노력했지만 정확한지 확실하지 않습니다.

빨간색으로 표시된 텍스트는 여기 사람들에게 명확하게 표시하기 위해 존재합니다. 나중에 삭제하겠습니다. 각 레귤레이터는 커패시터에 직접 연결되고 레귤레이터의 접지 핀은 커패시터의 접지 핀에 직접 연결됩니다. 데이터 시트가 내가해야 할 일입니까?

데이터 시트는 계속해서 말합니다.

VIN으로 들어가고 VOUT에서 나오는 트레이스를 통해 높은 전류가 흐르기 때문에 Kelvin은 커패시터 리드를이 핀에 연결하므로 입력 및 출력 커패시터와 직렬로 전압 강하가 발생하지 않습니다.

켈빈 커넥트 란 무슨 뜻입니까? 나는 켈빈 커넥션이 무엇인지 알고 있습니다-이해하지 못하는 것은 LDO와 관련하여 무엇을 의미하는지입니다.

세 번째 질문은 세 가지 규제 기관에 관한 것입니다. 앞에서 언급했듯이 각 IC는 커패시터를 접지면에 연결하는 동일한 비아에서 접지를 참조합니다. 그러나 세 개의 레귤레이터를 모두 동일한 접지 지점에 연결해야합니까? 즉, 세 개의 레귤레이터를 모두 "단일 접지 지점 / 비아"에 연결해야합니까?

마지막으로 입력 전압은 2 개의 도체에 6V를, 다른 2 개에 GND를 전달하는 4 포인트 스루 홀 커넥터에 의해 공급됩니다. GND 핀은 접지면에 직접 연결됩니다. 괜찮습니까? 두꺼운 트레이스를 통해 GND 핀을 조정기의 GND 핀에 직접 연결해야합니까?

참고 : 레이아웃 그림에는 조정기의 출력에 연결된 것이 표시되지 않습니다. 괜찮습니다. 여전히 IC를 전원에 연결해야합니다. 또한 : 레귤레이터 아래의 적갈색은 그물이 아닙니다. 이것은 PCB 레이아웃에서 "룸"을 표시하는 Altium의 방법입니다.

현재 요구 사항

대부분의 전류는 5V 전원에서 공급됩니다. 5V 전원 공급 장치는 LCD 디스플레이에 연결되어 최대 값을 표시합니다. 400mA (백라이트가 켜진 경우)-일반적으로 약 250mA입니다.

3.3V 전원이 최대를 소비합니다. 300mA (불연속)이지만 일반적으로 약 150mA 이하입니다.

1.8V는 내 보드에있는 CPLD의 핵심 공급 장치입니다. 나는 이것을 추정 할 수 없었지만 그것을 측정했다. 시작할 때 이것은 약 30mA이지만 0mA로 감소했습니다. 제 미터는 실제로 전류를 측정 할만큼 민감하지 않은 것 같습니다. 나는 200mA가 이것에 대한 안전한 내기라고 생각합니다.

업데이트 된 레이아웃 :

나는 이것이 여기 사람들이 의미하는 바가 있기를 바랍니다. 큰 구리 타설 하나 또는 세 개의 별도 쏟아야하는지 확실하지 않았기 때문에 3 개의 별도 쏟아져 나갔습니다.

업데이트 된 레이아웃 (다시) :

나는 지금 3 개의 독립적 인 구리 대신에 하나의 거대한 구리를 쏟아 부었다. 여러 개의 비아를 사용하여 3.3V 전압을 전원 평면에 연결하는 방법을 잘 모르겠으므로 위의 시도입니다. 작은 채우기를 만들어 출력 커패시터에 직접 연결했습니다. 거기에서 나는 각 25 밀 크기의 4 개의 비아를 가지고 내 파워 플레인에 직접 연결됩니다. 이것이 더 좋은 방법입니까?

충전물과 다른 물체 사이의 간격은 약 15 밀입니다. 이것을 늘려야합니까?

그러나 전반적으로 GND의 중요성을 지나치게 생각하고 있습니다. 중요합니다. 틀리지 마십시오. 중요한 다른 것들이 있으며 GND를 올바르게 얻는 것이 비교적 쉽습니다.

전압을 지정했지만 전류를 지정하지 않았습니다. 전류를 알지 못하면 LDO에서 발생하는 열을 모릅니다. 그리고 열은 PCB 배치 방식에 큰 영향을 미칩니다. 나는 발생 된 열이 사소하지 않다고 가정 할 것입니다.

여기 내가 할 일이 있습니다 ...

1. 캡을 90도 회전합니다 (때로는 시계 방향, 때로는 시계 반대 방향). 당신이하고있는 일은 캡 GND 핀을 모으고 LDO의 GND와 캡 사이의 거리를 줄이는 것입니다.
2. 모든 흔적을 넓히십시오. 적어도 패드가 연결된 패드만큼 넓습니다. 가능하면 여러 VIA를 사용하십시오.
3. + 6v 추적을 "다른 곳에"놓으십시오. PCB 뒷면 또는 LDO 오른쪽에 있습니다. 이것은 곧 의미가 있습니다.
4. 최상층, 전체 및 하부에 구리 평면을 놓습니다. 여러 VIA를 사용하여 이것을 GND 레이어에 연결하십시오. LDO 당 약 10 개의 비아를 사용합니다. 대부분 거대한 GND 핀 주위에 있습니다. LDO와 캡의 GND 핀은 "열 릴리프"없이이 평면에 직접 연결해야합니다. 정확한 크기는 사용 가능한 공간과 LDO가 방출 할 열량에 따라 다르지만이 평면은 상당히 커야합니다. LDO 당 1 또는 2 제곱 인치가 좋은 시작입니다.

구리 평면에는 두 가지 이유가 있습니다. 1. LDO의 어느 곳에서 나오는 열이 소실 될 수 있습니다. 2. 캡과 LDO 사이에 낮은 임피던스 경로를 제공합니다.

모든 비아의 이유는 다음과 같습니다. 1. 일부 열이 GND 층으로 전달 될 수 있습니다. 2. LDO에서 GND 계층으로의 낮은 임피던스 경로를 제공합니다.

그리고 더 굵은 트레이스와 다중 비아의 이유는 단순히 더 낮은 임피던스 경로 때문입니다.

그러나 나는 당신에게 경고 할 것입니다 : 이렇게하면 LDO를 수동으로 판매하는 것이 어려울 것입니다. 구리 평면 + 비아는 납땜 인두에서 열을 빼내고 싶을 때 솔더는 오랫동안 녹지 않습니다. 더 뜨거운 납땜 인두를 사용 하여이 문제를 해결하거나 히트 건을 사용하여 전체 PCB를 먼저 예열하여 더 잘 예열 할 수 있습니다. 솔더를 녹일 수있을 정도로 뜨겁지 않게하십시오 (일반 철을 사용하십시오). 전체 보드를 예열하면 다리미에 대한 요구가 줄어 듭니다. IMHO, 이것은 큰 문제는 아니지만 인식하고 계획해야 할 것입니다.

이 방법을 사용하면 데이터 시트에서 알려준 것보다 훨씬 나은 GND 연결이 가능합니다.

원본 포스터의 새로운 정보를 기반으로 업데이트 :

5V 레귤레이터가 400mA에서 6V ~ 5V (1V 강하)를 떨어 뜨리고 있습니다. 이것은 0.4 와트의 열을 생성 할 것입니다. 150mA = 0.4W에서 6V ~ 3.3V 200mA = 0.84 와트에서 6v ~ 1.8v 3 개의 LDO 모두에 대해 총 1.64 와트. 이것은 미친 것이 아니지만 상당한 양의 열입니다. 이 방법이 식는 방법에주의를 기울여야합니다. 그렇지 않으면 과열됩니다. 당신은 그 일을 제대로 수행하는 길을 가고 있습니다.

3 개가 아닌 단일 비행기를 원합니다. 그리고 비행기는 가능한 한 넓게 펼쳐 져야합니다. LDO 자체의 면적의 적어도 두 배를 권장합니다. 평면이 클수록 냉각 효과가 좋습니다. 평면이 실제로 큰 경우 평방 인치당 최소 4 개의 비아를 배치하고 싶을 것입니다. 비행기를 공유함으로써 3 개의 조정기는 냉각을 공유합니다. 이렇게하지 않으면 한 레귤레이터가 실제로 뜨거워지고 다른 두 레귤레이터는 따뜻해집니다.

당신이 할 수있는 또 다른 최적화는 + 6v가 각 LDO에 들어오는 방법입니다. 현재는 LDO로 넘어갑니다. 감싸지 않고 뚜껑에 똑바로 넣으십시오. 이렇게하면 더 두꺼운 흔적을 사용하고 물건을 조금 더 짧게 유지할 수 있습니다. 모자를 감싸는 소량의 GND 비행기는 어쨌든 도움이되지 않습니다.

LDO 출력에서 ​​전력이 공급되는 곳까지 몇 개의 비아가 필요합니다. 현재 가지고있는 단일 비아 만이 아닙니다.

"켈빈 연결 (Kelvin connect)"의 의미는 다음과 같습니다. 각 Vin 및 Vout 핀에 별도의 트레이스 두 개를 배치합니다. 하나는 커패시터에만 연결되는 "저 전류"트레이스, 하나는 "높은 전류"트레이스를 외부에 연결하는 것입니다. 이것은 전류 감지 션트 저항 이 해당 저항의 각 끝에 두 개의 개별 연결을 갖는 켈빈 연결 을 사용하는 것과 매우 유사합니다 .

이미 그렇게하고 있으며 모든 것 아래에 견고한 접지면을 배치하고 있으므로 PCB 레이아웃이 멋지게 보입니다.

이 패키지에 "최소"권장 풋 프린트를 사용하고있는 것 같습니다. 개인적으로 훨씬 더 많은 구리를 사용하지만 응용 프로그램에서 열이 거의 소실되지 않을 수도 있습니다. a b

여러 전원 레일이있는 설계에서 종종 하나의 전원 레일이 필요한 모든 부품과 다른 전원이 필요한 다른 부품이 있으므로 각 전압 조정기를 필요한 부품에 가깝게 배치합니다. 그것. ( "조절되지 않은"전압 트레이스가 보드를 가로 질러 먼 길을 가고 "조절 된"전압 트레이스가 동일한 경우보다 100 밀리 볼트 정도를 떨어 뜨리는 것이 더 좋습니다. 또한 모든 뜨거운 물건을 함께 포장하지 않아도됩니다).

캡을 레귤레이터의 "전선"에 두는 반면, 캡을 레귤레이터의 "플랭크"에 놓았습니다. 이를 통해 캡 접지를 레귤레이터의 실제 접지 탭에 가깝게 유지하면서 Vin 및 Vout 캡에 켈빈 연결을 유지할 수 있습니다. 보너스로 더 이상 조절기의 Vin 핀에 도달하기 위해 캡 주위를 "뱀"으로 막을 필요가 없습니다.

또한 바닥에 멋진 접지 패드를 놓고 여러 비아로 연결했습니다. 땜납 마스크가 없도록 패드를 만드는 것이 중요합니다 (또는 바닥 솔더 층에 공극을 내려 놓을 수도 있습니다). 솔더 마스크가 없기 때문에 공기와의 열전도도가 향상됩니다. 상단 패드로이 작업을 수행하지 마십시오. 조립이 더 어려워 질 수 있습니다.

전원 커넥터와 관련하여 접지면에 직접 연결합니다. 데이비드가 말했듯이 비행기보다 더 크거나 더 살 수는 없습니다. 편집 : 아마도 커넥터가 조정기에서 1 ~ 2 인치 떨어져 있지 않는 한. 나는 여전히 최상층에 큰 찌꺼기 흔적과 함께 비아를 사용할 것입니다. 1 ~ 2 인치 이상이며 가치가 없습니다.이 시점에서 트레이스는 비아보다 더 많은 임피던스를 가질 것입니다.

CPLD 코어 전압은 10MHz를 50MHz로 실행하거나 이와 유사한 것을 갖지 않는 한 거의 확실히 200mA를 소비하지 않습니다. 보다 현실적인 수치를 얻으려면 데이터 시트에서 최대 동적 전류를 찾으십시오. 또는 CPLD가 가능한 빨리 자주 토글하고 전류 소비를 재 측정하도록 프로그래밍하십시오 (핵심 로직이 상태를 변경하지 않는 경우 전류를 소비하지 않음). 내가 발견 한 Xilinx CPLD의 예는 주파수에 크게 의존하는 최대 전류를 가지고 있으며 수백 uA에서 수십 mA까지 다양합니다.

3.3V 레귤레이터 출력에서 ​​1.8V 레귤레이터를 계단식으로 연결하는 것을 고려할 것입니다. 이로 인해 추가 전류에 의해 3.3V 손실이 증가하면서 1.8V 레귤레이터 전력 소비가 65 % 줄어든다. 이 값이 가치가 있는지 알아 보려면 숫자를 무시해야합니다 (보통 작은 레귤레이터가 큰 레귤레이터보다 적은 전류를 소비하는 경우). 그러나 아주 좋은 보너스는 조정기를 캐스케이드 연결할 때 리플 제거율이 두 배가된다는 것입니다.

열 부서의 또 다른 팁은 적외선 온도계에 투자하는 것입니다 (미화 $ 20 정도). 이것은 특히 IC의 검은 색 표면이 방사율이 높기 때문에 온도 측정을위한 좋은 방법입니다. 필자는 일반적으로 "스트레스 테스트"측정을 위해 의도적으로 필요한 것보다 많은 리소스를 사용하는 특수 펌웨어를 생성하는 동시에 PCB를 인클로저에 1 ~ 2 시간 동안 그대로 두어 안정적인 상태 온도에 도달했다고 확신합니다.

마지막으로, 방 전체에 하나의 거대한 구리를 쏟아 붓는 것은 아프지 않을 것이지만, 동일한 전압의 두 개의 레귤레이터를 병렬로 사용하는 경우 나쁜 생각입니다. 제조 공차로 인해 하나의 레귤레이터가 다른 레귤레이터보다 더 뜨거워지기 시작하여 임피던스가 낮아져 더 많은 전류를 의미하며, 이는 더 많은 열을 의미하며, 이는 열 폭주가 발생할 때까지 더 낮은 임피던스를 의미합니다. 그것은 현재 응용 프로그램에서 문제가되지 않지만 앞으로 명심해야 할 부분입니다.

가장 좋은 방법은 3 개의 LDO 아래에 접지면을 놓는 것입니다. 이것이 접근 한 방식이므로 모든 것이 레이아웃에서 좋아 보입니다.

두 번째 최상의 옵션은 접지면을 떨어 뜨릴 수없는 경우 스타 그라운드 네트워크를 사용하는 것입니다.