PCB Design Routing

[ronovar]

U prilogu komplet precrtana SCH i pridruzeni FOOTPRINTEVI na PCB, jos moram provjerit da nisam nesto krivo precrtao ali ako ima greske na shemi javiti.

FOOTPRINETVI:

C1, C2, C4, C5, C6, C7, C8, C12, C13, C14 - 1210 X7R
C3, C9, C10, C11 - 0805 X7R
SVI OTPORNICI - MELF 0204
L, IC1, IC2, D - vidljivo iz sheme defaultni footprint iz DS

Ukoliko je to to sto se sheme tice tu bih se zasada zadrzao i krenuo sa routingom POS BUCK BOOST djela, pa ako moze koji par rijeci opisa ili skica u paintu sto je bitno kod SMD designa posto IC1 i IC2 rade na 1,6MHz pa je layout jako bitan.

Zanima me dali je TOP layer ground plane ili mora biti kao od klasicnog AS da se vodi pad-pad sto se tice vodjenja struje ili se VGND vodi svaki svojom linijom ko sto se vodilo kod AS gdje je bio grec i elekroliti? Jer gledam na netu i u DS ima force vodjenje struja a na netu vidim da neki koriste ground plane za GND tako da je POS i NEG IC1 i IC2 spojeni zajedno na ground plane.

[ronovar]

Takoder bi po prijedlogu Brace na izlaz umjesto CCC zamjenio sa CLC da se filtriraju visoke frekvencije koje proizvodi 1,6MHz.

Koji tu L da stavim iz mousera?

I zamjenio bih M3 tupe na PCB sa M2.5 pa da jos malo skratim sirinu PCB-a i time imamo jos krace veze.

[Dragan100]

Boost ima dve faze rada:



1.Ton 
Da bi imali što manji ulazni Vin ripple, postavljamo ta dva C1 i C2 22uF što bliže ICju pin Vin
Boost IC SW pin interno mosfet spaja u vremenu Ton na pin GND i tada punimo Lboost energijom, njegova struja linearno narasta,
Lboost neka je odabran da ne zaide u saturaciju sa Isw_max, max struju ICja,
za što manje radiacija EMI naokolo neka je Shilded tipa
Ovaj Power Loop neka je što manje konture/area

Signal loop je kod ovog ICja interni, pa su na njega mislili konstruktori!

Za to vreme se opterečenje snabdeva energijom iz izlaznog Cout, Vout opada

2.Toff
Lboost nevoli da se mu naglo prekida tok struje, pa mu zatrebamo omogučiti,
da i podalje teče struja u istoj smeri kao kod Ton
USB 5V i Vin_Cin su dovoljno konstantni/tvrdi 
SW node nije više na raspolazi, interni mosfet je u stanju OFF
Struja Lboost tako teče dalje skroz diodu Dboost i počinje puniti Cout
izlazni napon Uout na Cout monotono narasta
Opterečenje se snabdeva energijom iz Cout i djelimično direktno iz Lboost
A pošto je Cout dovoljno velik/tvrd (  :-)  , jeb**a, ...tačno tako!!!), 
smatramo da u jednoj periodi 1,6MHz zapravo imamo SteadyState
i vrlo mali izlazni naponski ripple

Ovaj Power loop takodjer neka je što manje konture/area
diodu Dboost i izllazne kondenatore C4, C5 i C6 što bliže ICju!

Ove dve tačke sa ta dva loopa su zapravo NAJ-kritičnije

Onda je tu pin FB, koji je interno medium/visoke impedance pa treba staviti ta dva otpornika R4 i R5 što bliže tom pinu ICja
C3 rekli smo da može 2,2nF C0G (dao sam link) i takodjer što bliže pinu FB.
Sa druge strane R4 ide na GND, niska impedanca, pa može duža putanja.
Takodjer R5 i C3 sa druge strane idu na Vout, gdje imamo opet nisku impedancu, pa može duža putanja
R3 što bliže EN pinu, druga strana mu je Vin, niska impedanca

TI
Boost layout

i nešto od PowerElectronicsNews

[Dragan100]

Takoder bi po prijedlogu Brace na izlaz umjesto CCC zamjenio sa CLC da se filtriraju visoke frekvencije koje proizvodi 1,6MHz.

Koji tu L da stavim iz mousera?

I zamjenio bih M3 tupe na PCB sa M2.5 pa da jos malo skratim sirinu PCB-a i time imamo jos krace veze.

To nisam imao vremena ispitati, kako se taj PI filter na ulazu AS uopšte ponaša,
znači imamo 2x22uF ESR 5mR, 3,3uH 10mR i 22uF ESR 5mR, tu su još po koji parazit PCBja: po kojih mR, po koji nH i po koji pF
Kao svaki filtar ima i prenosnu funkciju, pa treba odraditi AC analizu odziva.
Treba paziti i na peaking odziva, tamo gdje ima filtar svoj rez, da taj peaking nije previše izrazit!

Odradim poslijepodne, pa da vidim kakav če biti AC odziv PI+AS,što nam je zapravo onda odziv PSRR na Boost i Buck-Boost INVerting

[ronovar]

Hvala Dragan100 na detaljnim uputstvima, ja cu danas se posvetiti routingu prema literaturi koja se postavila i pokusati maximalno ispratiti DS routinga od TI posto su inzenjeri u TI detaljno opisali kako se routira.

Za pi filtar ako donosi poboljsanje se stavi a ako ne onda moze i bez njega, vidjet cemo sto kaze simulacija...

Za ulazni pi filter kod USB-C konektora ce biti bez pi filtera posto neznam ni sam dali donosi dobre stvari ili ce da kvari sklop.

Hvala na detaljnim upustvima jos jednom i javljam se cim routiram POS buck boost sklop sa slikama (radim na tome trenutno)

[Dragan100]

Ja bi na sam napajalni USB-C kablič stavio Feritni prsten ako ga kablič več nema,
inače USB-C može biti i za DATA, pa bi mu taj prsten znatno smanjio brzinu data transfera,
mi čemo ga upotrebiti samo za napajanje, pa može...

Oba linka su ti vrhunska za routiranje Boost, čekiraj oba.
U koliko layera če da se radi?

[Dragan100]

Evo šta kaže PI filtracija izmedju Boost i AS POS

-imamo peaking PI filtracije i parazita sa nekih +16dB @ 18KHz na samom ulazu u AS
-postavio sam odziv PSRR bez i sa PI filtracijom

[Dragan100]

Ovako izgleda simulacijski AC odziv PSRR PI+AS POS {10Hz...10MHz}



Taj peaking možemo pomeriti van audio područja,
vidi se krive sa:
sv.zelena kriva 3,3uH koji ima peaking na 18KHz,
tam.zelena onda sa 1,5uH več smo sa peakingom na 28KHz,
fuksija (:-) zelene metalik nema!!!) dok sa 0,47uH več smo na 48KHz peakinga



Odzive PI filter nisam odradio za svaku vrednost, pustio sam samo sa 0,47uH, jer bi natrpao graf!

Išao bi sa 1,5uH (gornji link) KYOCERA, imaš več footprint
iako može i sa 3,3uH istog footprinta, jer taj mali peaking u odzivu PI+AS je na oko -120dB PSRR sa OPA1611, pa ne smeta uopšte

[ronovar]

Ja bi na sam napajalni USB-C kablič stavio Feritni prsten ako ga kablič več nema,
inače USB-C može biti i za DATA, pa bi mu taj prsten znatno smanjio brzinu data transfera,
mi čemo ga upotrebiti samo za napajanje, pa može...

Oba linka su ti vrhunska za routiranje Boost, čekiraj oba.
U koliko layera če da se radi?

 OK, na USB-C kablič ce ici feritni prsten.

Zamislio sam na TOP layer da budu veze i BOTTOM layer da bude GND i rupice na PCB layeru GND zbog lakseg hladjenja ali citam DS za routing i vidim da ce mozda ici i u 4 layera ali trebam procitat gradivo u DS i routirat dio po dio (sad sam na ulaznim Cin) pa cu vidjeti korak po korak sa koliko ce layera ispasti.

Za pi filter vidim da u audio podrucju nema funkciju prigusivanja smetnji, dok na visokim frekvencijama (pocetak ispod 1MHz) pocinje da slabi smetnje sto je i za ocekivati.

Dragane, ti si konstruktor i odluci sam dali da se stavlja pi filter ili ne, ja cu samo ispratiti to sto se kaze i routirat.

[Dragan100]

Odradi Boost sasvim za sebe, isprati smernice iz tih linkova,
IC, Cout, Cin, Dboost, Lboost je redosled postavljanja, onda kao tu cijelinu copy-paste i okretanjem postavi kako ti odgovara,
bitnije da se ispoštuje što manja EMI, nego da je na kraju samo "na oko" preljepo!!!

GND plane mi se ne svidja, tu bi išao sa kanaliziranjem struja, znači sa izsečcima, kao što smo več radili,
inače GND-plane ostane po što večoj površini i kao funkcija GND-shild, ali sa kanaliziranjem struja

[savan]

Sto ne stavite ovakav jedan filter, odlican je u simulaciji!

[ronovar]

U prilogu grubi routing i trazenje razmjestaja. Gledao sam da svi GND padovi budu u jednoj tocki jedino je dugacak vod od GND i VBUS koji ide na C1 kond, ali u DS pise da mogu biti duzi vodovi.

Zanimljivo je sto su u DS pogrijesili i vodili VIN na L1 a zatim na C1 a treba da je obrnuto, ja sam zato povukao vod sa VBUS na C1 i C2 i sa C2 pada vukao posebni vod na L1 i na IC1.

Mislim da je ovako ok (ako nema primjedbi onda bi stavio malo veci razmak izmedju komponenti i fino routirao sa debljim bakrom, mislim da ce TOP layer biti signalni vodovi a bottom layer GND sa VIA-ama koje prespajaju TOP layer na BOTTOM layer posto ce BOTTOM layer biti GND jer na TOP strani nemam mjesta za GND a FUSION 360 licenca mi neda 4 layer).

Jedino me muci SW pin pise da nesmije ici paralelno sa drugim pinovima a ja sam vukao GND pin izmedju IC-a pa me zanima dali nece da radi smetnje?

Oznaka komponenti je shema par postova gore.

Vodio sam se logikom cim krace veze i cim blize nozicama IC-a, ako ima ideja kako poboljsati ovaj grubi routing ili drugacija pozicija elementa svaki prijedlog je dobrodosao

[Dragan100]

ronovar,
ovako sam mislio, da odradiš Boost sasvim za sebe, da ima Power loop-ove za Ton i Toff što manje.
Onda ga je lako okretati i postavljti na PCBju kako za-paše!

Evo predloška u Sprint-u



Footprint za kalem sam odradio približan, ali da se vidi raspored i Power vodovi,
GND oko ICja ima Thermo viase, takodjer nisam jih nešto odabirao, 
treba vidjeti kakve može PCB proizvodjač da radi sa najmanjom rupicom sa borerom ...

Ovako teku struje za vreme Ton (crvena) i za vreme Toff (zelena).
Crtkano je putanja kroz viase na drugi layer

[Dragan100]

Sad gledam D1 i Cout-ove, moglo se jih podiči da neide loop Toff previše prema FB okruženju.
Videču poslijepodne, ako se dočepam kojeg Sprint-a!

[ronovar]

OK, ja bas precrtavao taj raspored ali se mucim jer se sve naopako nacrtalo

Meni je Cin sa lijeve strane a Cout sa desne, tako mi odgovara sa USB-C konektora i sad sve moram traziti naopacke

Vrtim se sa tim okretanjem ima vec par sati ali nikako da se Cff, Rtop, Rbot i Ren budu van opsega induktora da se bude van vrtloznih struja Ton i Toff. Ako nije tesko odraditi u sprintu Cin sa lijeve strane a Cout sa desne, pa da samo onda precrtam, jer ovako vrtim, rotiram komponente i nikako da dobijem ono sto se trazi.

Inace slika gdje je oznaceno Ton i Toff nigdje u TI DS nisam nasao tako detaljan opis i sad vidim da sam krivo radio svo vrijeme oko poziciniranja komponenti, zlata vrijedna slika sa objasnjenjima...

Jedino me buni sto je sa GND? Po TI DS pise da GND moraju svi padovi Cin i Cout i GND-IC-a biti blize jedno drugome i u jednoj tocki....ali opet sto je veci ground to je i bolje hladjenje IC-a i komponenti, a padovi koji povezuju TOP layer sa BOTTOM layerom GND-a su tu da donja strana GND lakse se ohladi.

Tako sam shvatio iz DS-a.

[Dragan100]

Teško ču danas poslijepodne odradit uopšte ča u Sprint-u.
Predlošku imaš, pa je vrtiš 0...360° po želji.

Dobro bi bilo odradit i BuckBoost Inverting NEG kao sklopič, pa vrtimo i njega, stavljamo kako nam paše skupa sa Boost POS,
još lakše njega napravit, jer su oba mosfeta interna, znači nemamo ni externu diodu Dbuck,
slično u crtanju te dve putanje/loop-a Ton i Toff držimo što manjih kontura, area, mogu duže->ali da su tanke!!! AxB da nam je što manji!!!
jer, glavni su za EMI smetnje, trebaju konture što manje=>manje EMI.

Nema bolje predstave no slika i te crte/loop-ovi ucrtani, da se ima predstava o konturi/area koja emituje EMI!
Davno sam to več pisao do čika TI, da se to dodaje u AplikacioneNote AN zbog lakše predstave, 
...ali ništa... a kod modernijih komponenti vidim stavljaju, no, ne svuda!




Mogao bi Cff (feed-forward) nešto niže da se postavi, pridobije se na GND fleki

Takodjer sad Sensing za FB nije tačan, odradio sam na brzinu promene Cout i Dboost,
kasnije "odletjeo" na posao...
pa nisam to popravio.
Zapravo nisu tu SenseFB uopšte toliko bitni, gdje jih stavljamo,
mogu biti od najpreciznijeg KelvinSensing na zadnji Cout (zadnji prema OUT),
do naj-nepreciznijeg sensingaFB bilo gdje na OUT i GND,
jer nam je to samo ulazni napon u AS_POS, pa može varirati, varirat če TEK vidljivo na Vout_ripple, ranga faktorom max_x2
ali, ako je mogučnost, a imamo je, stavljamo (netreba baš Kelvin) sensingFB na taj zadnji do OUT ->Cout
-FB->Cout do OUT je več OK
-FB->Cout GND je na sliki malo udaljeniji, pa ga možemo slično kao gornjeg približati.
Sad nemogu, nemam aplikacije tu, doradim, pa vratim pop-ravljeno!
:-)

D1 takodjer malo maknuti, jer se footprintovi poklapaju, to je bilo nekako sve na brzinu, u smislu prikaza tih Ton/Toff kontura,
i da su elementi FB i EN odmaknuti od njih!

EDIT
Cout dignuti maximalno do footprinta L1=Lboost
D1 gore odmah iznad footprinta L1,
tako bi i zelenu konturu Toff dobili "najtanjiju"!!!

Gornja slika za predstavu je cca 25x25mm, pa se ju može za koji mm i skratiti!!!???

[Dragan100]

Mogao bi L1 u donji layer, pa sve tanje AxB konture!!!

[ronovar]

Evo malo boljeg routinga, nisam isao provjeravat EMI kuda zraci sa strelicama, ali sam se vodio po primjeru i dosao na ideju da se prvo stavi IC prije L pa tako da se odmaknem sensitive R i C na IC od EMI, GND im je zajednicki Cin i Cout pa nemamo ground loop, a ispod IC sam stavio padove koji spajaju godnji layer sa donjim posto ce donji layer biti GND a gornji signalne veze.

Jel bi tako sad bilo OK (da pozicioniram malo veci onda razmak izmedju IC i R i C da se mogu zalemiti fino), i onda cu krenuti bakreni zasek a za kelvin sensing hmm, neznam kako bi to mogao uraditi sa trenutnim layoutom posto GND ide po sredini PCB-a a V+ na gornji kraj kondova....

[Dragan100]

FB elemente trebalo bi jih maknuti u levo, od te tamno plave isprekidane crtice, "sakrivene" iza GND linije

sad imamo te dve Power putanje Ton Toff razmaknute, pa čas jedna pa čas druga EMI emituju,
možda nije ni toliko izrazito.
Vidi kako:
nije layout još odradjen, ali sam odradio Power konture minimalne što se može od ovog postavljanja elementa

[ronovar]

Mislim da sam uspio "ukrotiti" EMI da se "samo ponistava" u Ton i Toff (kao npr dvije isprepletene zice ko sto smo radili kod toroida da se EMI u jednom i drugom smjeru krecu istom putanjom i djelomicno "ponistava EMI").

Evo grubog layouta i oznaka ako sam dobro oznacio EMI struje Ton i Toff. Za GND su stavljeni padovi koji se preslikavaju na BOTTOM layer koji je GND jer nema mjesta za GND na TOP layeru gdje su signalni vodovi.

Ako treba popraviti moze par opaski pa jos popravim, ali zadovoljan sam kako je ispala putanja struja....