Enrutamiento de un convertidor buck / boost DC / DC

Necesito ayuda con el diseño de una fuente de alimentación. Fallé las dos primeras iteraciones ya que no tengo la experiencia necesaria y me gustaría evitar otra ejecución costosa.

En aras de la exhaustividad, aquí está la pregunta anterior (relacionada): problema de ruido con el regulador de conmutación buck / boost

Mi dispositivo funciona con una batería de iones de litio, pero necesita un voltaje de funcionamiento de 3.3V. Por lo tanto, Vin = 2.7-4.2V, Vout = 3.3V. Decidí usar un regulador de conmutación buck / boost LTC3536: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3536fa.pdf

Básicamente utilicé la implementación de referencia (página 1 de la hoja de datos) para una fuente de alimentación de 1A / 3.3V. Aquí están los esquemas:

Hay tres planos de tierra separados: PGND, que proviene de la batería y se conecta al LTC3536; GND, la señal de tierra que se ramifica desde el pin 3, y AGND, utilizada para sensores analógicos, etc., que se ramifica desde el plano GND.

Esta es la última versión de la placa de 2 capas. El rojo es la parte superior, el azul es la capa inferior. Está bastante cerca de la placa de demostración de LT. Anoté los diferentes planos de tierra, así como VBATT y VCC.

Consideraciones de diseño

Traté de cumplir con las recomendaciones que encontré en la hoja de datos y las respuestas que obtuve en la pregunta anterior. Utilizo 3 planos de tierra diferentes como se describe anteriormente, conectados en un solo punto usando una resistencia de 0 ohmios. Traté de usar un enfoque de estrella para enrutar VCC. AVCC está conectado a VCC usando una resistencia de 0 ohmios.

Preguntas

Uno de los problemas con el diseño anterior fue que conecté la almohadilla expuesta de U3 usando vías al costado del chip. Esto requirió mucho espacio. Ahora me di cuenta de que LT agregó en su placa de demostración las vías directamente debajo de la plataforma expuesta. No sabía que esto era posible. ¿Necesito hacer algo especial para estas vías?
Estoy bastante inseguro con respecto a la colocación de los planos de tierra. Por el momento, el plano GND se separa del pin 2/3, y está conectado al plano AGND y PGND usando una resistencia de 0 Ohm. La colocación de esta resistencia es una especie de cajero automático aleatorio.
Todo el circuito se conmuta mediante un IC de encendido / apagado suave MAX16054, que se conecta al SHDN de U3 (pin 10). El MAX16054 está conectado a VBATT y GND (no PGND). ¿Podría esto causar problemas?

Cualquier comentario sería muy apreciado!

— Arnuschky
fuente

lectura relevante: analog.com/library/analogdialogue/archives/41-06/…

— Phil Frost

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

— Phil Frost

El primer documento vinculado por @PhilFrost es genial. Me ayudó a entender cómo encaminar el SMPS. Lo recomiendo mucho.

— Jesus Castane

@arnuschky No estoy de acuerdo con los GND separados. A veces crea más problemas que resuelve. De alguna manera, los condensadores de salida de su SMPS son la fuente de alimentación de su circuito. Así que consideremos C17 y C18 su fuente de alimentación. Sus pines Vcc alimentan todo su circuito, PERO su punto GND está aislado (Ok, no aislado pero demasiado lejos) de su circuito. En mi opinión, este es un gran problema. ¿Por qué no considera unirse a PGND y AGND? Atención con su pista de comentarios. ¡Cruza una división GND! Mantenlo sobre el mismo plano de poder.

— Jesús Castane

OK gracias, arreglaré el avión de poder. No estoy seguro de si debería unirme a PGND y AGND. ¿No corro el riesgo de ver las corrientes del SMPS en los circuitos analógicos? Con respecto a los límites de salida: Según usted, ¿debería moverlos a GND? Esto es lo contrario de lo que AndyAka dijo en la otra pregunta.

— arnuschky

Respuestas:

¡Espero no contradecir nada de lo que se dijo en la respuesta de la pregunta anterior!

El punto de retroalimentación debe tomarse lo más cerca posible del pin de salida. Tenga en cuenta la pista en el lado no componente del documento LTC3536.

Usaría un plano de tierra completo en la parte inferior, pero el extremo de bajo voltaje de R7 necesita llegar al pin 2 y luego el pin2 debe apuntar debajo del chip al plano de tierra completo local.

No pondría el R27 (y el pin 3) para alimentar el cobre superior que se conecta con el cobre inferior (plano GND); dejaría que (lo que has llamado) el plano GND se inunde hasta la tierra donde está R11 y tan lejos como casi el plano de tierra analógico.

La pista desde el pin 10 debe intentar mantenerse en la capa superior tanto como sea posible para no interrumpir los planos de tierra debajo.

— Andy alias
fuente

Hola Andy Gracias por sus comentarios (¡otra vez!) Empecé a implementar los cambios cuando me encontraba con algunos problemas. Ahora rehice el diseño muy cerca de la placa de demostración de LT. Usando este diseño, su primer y último punto es fijo. Desafortunadamente, no entendí completamente lo que dijiste sobre los planos terrestres. El plano GND ahora corta el pin2 / 3, y el AGND está conectado a ese plano por separado. Lo mismo para R27. ¿Es correcto así?

— arnuschky

@arnuschky ¿Qué parte del avión gnd no seguiste?

— Andy, alias

Lo que no entiendo es esto: uso un plano completo para la toma de tierra debajo del chip (capa inferior). Los pines 5 y 13 se conectan allí, así como las tapas de entrada y salida. ¿Cómo puedo poner otro plano para la señal de tierra (pin 2) debajo del chip si solo tengo 2 capas? Lo que no hice es tener la señal de tierra (plano GND) un poco más lejos, llevar el pin 2 allí y la estrella en este punto (ver bloque de 4x3 vias), pero no estoy seguro acerca de este punto estelar.

— arnuschky

Las conexiones GND (a diferencia de PGND) no tienen un plano: apuntan en estrella a PGND y no deben transportar corrientes relacionadas con la fuente de alimentación de entrada y la carga de salida. PGND es el plano que está debajo del chip y debajo de la PCB. Todos los componentes que se conectan a "GND" (como R7) se conectan al pin 2 que luego se enruta directamente a PGND.

— Andy alias

Tengo la impresión de que entendí mal algo sustancial aquí. Actualmente, tengo tres planos, uno para PGND, en el que deben permanecer todas las rutas de alta corriente del convertidor, una para GND "normal", que proporciona conexiones a tierra a todos los demás dispositivos (IC, etc.) y otra para AGND, que proporciona tierra para componentes analógicos (sensores, etc.). El plano GND está conectado a PGND y AGND en un punto cada uno.

— arnuschky

Respondiendo a mi propia pregunta con respecto a las vías en la plataforma expuesta de U3:

Como temía, no es tan sencillo poner las vías en una plataforma. La soldadura puede fluir a través de la vía y puede crear un desorden en el otro lado y una mala conexión del lado del componente. Vea estos enlaces por ejemplo:

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

No estoy seguro de cómo voy a resolver esto. Muy amable de LT hacer que la placa de demostración dependa de esto. Veo opciones de árbol:

tener las vías conectadas (caro)
aleje las vías de la plataforma (podría incurrir en otros problemas ya que los componentes no se pueden colocar lo suficientemente cerca)
hacer un diámetro más pequeño y esperar que esto sea suficiente

Ninguna de estas opciones es realmente satisfactoria. :(

— Arnuschky
fuente

Definitivamente necesita vías conectadas si la pasta de soldadura se depositará sobre ellas. De lo contrario, tendrá problemas en el proceso de ensamblaje. Hay otra opción arriesgada. Haga una pequeña abertura de máscara de soldadura debajo del chip. Como muestra esta imagen, s3-blogs.mentor.com/tom-hausherr/files/2011/04/… . En este caso, puede alejar las vías de las áreas de pasta de soldadura. (Lo siento, tal vez no sea la mejor imagen para mostrar esto). La segunda opción que comentas es posible, pero no probaría la tercera.

— Jesus Castane

Iré con la opción 2. Como LT no declara explícitamente que las vías deben estar debajo de la plataforma por razones térmicas, supongo que esto está bien. Gracias por tu respuesta Jesús.

— arnuschky