Enrutamiento de un convertidor CC/CC reductor/elevador

Necesito ayuda con el diseño de una fuente de alimentación. Metí la pata en las dos primeras iteraciones porque 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 3,3 V. Por lo tanto, Vin = 2,7-4,2 V, Vout = 3,3 V. Decidí usar un regulador de conmutación LTC3536 buck/boost: http://cds.linear.com/docs/en/datasheet/3536fa.pdf

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

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

Esta es la última versión del tablero 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.

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Consideraciones de diseño

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

Preguntas

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

¡Cualquier comentario sería muy apreciado!

El primer documento vinculado por @PhilFrost es genial. Me ayudó a entender cómo enrutar el SMPS. Lo recomiendo mucho.
@arnuschky No estoy de acuerdo con los GND separados. A veces crea más problemas de los que resuelve. De alguna manera, los condensadores de salida de su SMPS son la fuente de alimentación de su circuito. Entonces, consideremos C17 y C18 como 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 problema realmente grande. ¿Por qué no considera unirse a PGND y AGND? Atención con su seguimiento de comentarios. ¡Cruza una división GND! Manténgalo sobre el mismo plano de potencia.
OK, gracias, arreglaré el avión de potencia. No estoy seguro si debo unirme al PGND y AGND. ¿No corro el riesgo de ver las corrientes de los 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 dijo AndyAka en la otra pregunta.
Probablemente, si no crea una ruta de baja resistencia a través del circuito analógico, el ruido no llegará allí. Estoy a favor de la topología de estrella tierra donde todos los circuitos deben estar alrededor de la entrada de tierra principal o los reguladores. No se puede colocar un circuito analógico o sensible en el camino del circuito de alimentación.

Respuestas (2)

¡Espero no contradecir nada de lo dicho 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 sin componentes del documento LTC3536.

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

No desconectaría R27 (y el pin 3) para alimentar el cobre superior que se conecta al cobre inferior (plano GND). Dejaría que (lo que ha llamado) el plano GND se inunde a través de la conexión a tierra donde está R11 y hasta casi el plano de tierra analógico.

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

Hola Andy. Gracias por sus comentarios (¡otra vez!) Empecé a implementar los cambios cuando me encontré con algunos problemas. Ahora rehice el diseño muy cerca de la placa de demostración de LT. Usando este diseño, su primer y último punto son fijos. Desafortunadamente, no entendí completamente lo que dijiste sobre los planos de tierra. El plano GND ahora conecta el pin 2/3, y el AGND se conecta a ese plano por separado. Lo mismo para R27. ¿Es correcto así?
@arnuschky ¿Qué parte del avión gnd no seguiste?
Lo que no entiendo es esto: uso un plano completo para la conexión a 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 señal a 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, el pin de plomo 2 allí y la estrella en este punto (ver bloque de vías 4x3), pero no estoy seguro acerca de este punto de estrella.
Las conexiones GND (a diferencia de PGND) no tienen un plano: apuntan a PGND y no deben transportar ninguna corriente relacionada 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. Cualquier componente que se conecte a "GND" (como R7) se conecta al pin 2 que luego se enruta directamente a PGND.
Tengo la impresión de haber entendido mal algo sustancial aquí. Actualmente, tengo tres planos, uno para PGND, en el que deben permanecer todas las rutas de alta corriente del convertidor, uno para GND "normal", que proporciona conexiones a tierra a todos los demás dispositivos (IC, etc.), y uno para AGND, que proporciona tierra para los componentes analógicos (sensores, etc.). El plano GND está conectado a PGND y AGND en un punto cada uno.

Respondiendo a mi propia pregunta sobre las vías en el pad expuesto de U3:

Como temía, no es tan sencillo poner vías en un bloc. 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. Ver estos enlaces por ejemplo:

Ni estoy seguro de cómo resolveré esto. Muy amable de parte de LT hacer que la placa de demostración dependa de esto. Veo opciones de árbol:

  1. tener las vias tapadas (caro)
  2. aleje las vías del pad (podría incurrir en otros problemas ya que los componentes no se pueden colocar lo suficientemente cerca)
  3. hacer vía diámetro más pequeño y espero que esto sea suficiente

Ninguna de estas opciones es realmente satisfactoria. :(

Definitivamente necesita vías tapadas si la pasta de soldadura se depositará sobre ellas. De lo contrario tendrás problemas en el proceso de montaje. 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 yo no probaría con la tercera.
Iré con la opción 2. Como LT no establece explícitamente que las vías deben estar debajo de la almohadilla por razones térmicas, asumo que está bien. Gracias por tu respuesta Jesús.
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