Svenska ElektronikForumet

Tänkte höra efter hur ni går till väga när ni routar in TQFP kapslar. I mitt fall har jag en FPGA i en 144 pinnars TQFP som ska ha tre olika spänningar plus en hel hög med IO så det finns inte mycket plats kvar för avkoppling runt kretsen. Tänkte använda ett fyrlagerskort så spänningsplanen kommer kunna fortsätta utanför kretsen. Vad är då bästa sättet att routa in alla spänningsmatningar och avkopplingskondingar ? Vill helst ha alla komponenter på ovansidan då det blir billigare att montera.

Tänkte lägga vior under kretsen för alla spänningsmatningar och jord så man blir av med dem för att få mer plats åt signalroutingen. Eftersom det är trångt runt kretsen så hamnar kondingarna en bit bort och då är frågan om jag ska dra en ledare på ovansidan ut från kretsens ben till kondingen vilket nog blir trångt. Eller ska man låta kondingarna anslutas direkt till matningsplanet med en via dvs man lägger ut alla avkopplingar runt kretsen där det finns plats och ansluter dessa med vior direkt till matningsplanen ?

Jag tror nog att under kretsen är det bästa sättet (även om det inte passar in på din önskan att köra allt på ovansidan). Så gjorde jag på mitt Minimig-kort där en 208-pinnars FPGA ingår. Annars får man lägga kondingarna runt FPGA'n, så nära som möjligt till matningspinnarna och köra den del av signalroutingen som blockeras av kondingarna i ett annat lager.

Det är bättre köra tre signallager och ett jordplan som är GND. I GND lagret tillåter du att dra matningsspänningar. Se till att det finns "byglar" i de övriga lagren för matningsspänningarna.
Men generellt så. När man väl tagit beslutet att köra flerlager så kan man lika gärna köra 6 lager då blir det skitenkelt. Ett rent GND lager och ett spänningslager där flera spänningar bildar olika jordplan i olika delar.

Men åter till ditt problem, kondensatorn SKALL alltid ligga mellan viahål och kretsen. Kondensatorn skall aldrig ligga på en stub.

Att lägga kondingarna på baksidan av kortet är bra med avseende på plats och avståndet till FPGAn, men blir det inte mycket dyrare att montera korten sen, dubbla stenciler och två vändor i pickoplace maskinen ? Känns som att ett kort som inte ska klockas mer än 10-20 MHz inte behöver detta utan att man istället kan få in kondingarna på ovansidan.

Har sett att i de fall det har handlat om BGA kapslar att man lagt signalerna på ytterlagerna och sen ett jordplan och ett delat matningsplan med de olika matningarna. Sen har alla kondingar suttit runt kretsen med vior till dessa plan utan några direktanslutningar till kretsen. Är det vettigt att göra så för TQFP kapslar också ?

Annars får man väl dra ner signalerna i något annat lager och få in kondingarna närmare kretsen för att få direktanslutningar på ovansidan mellan via, konding och krets.

Det här dokumentet från Xilinx är rätt nyttigt:
"Power Distribution System (PDS) Design: Using Bypass/Decoupling Capacitors"
http://www.xilinx.com/bvdocs/appnotes/xapp623.pdf

Tack för tipset om den utmärkta PDF-filen.

Har routat fram och tillbaka en del nu och kondingarna får hamna på undersidan av kortet. Blir svårt att få en snygg layout annars. Kommer använda fyra lager och funderar lite på hur jag ska använda dessa för bästa resultat. FPGA kretsen är en 144 pinnar TQFP som ska ha tre olika matningar på alla fyra sidorna av kapseln. Lager två tänkte jag ha till jord och lager tre till 3,3V matning. Är det då smart att försöka klämma in en matning till på detta lager ? Funderar annars på att lägga en kopparyta under kretsen på lager ett med den andra matningen och en yta på lager fyra till den tredje. Dessa får då anslutas med en tjock ledare till respetiv regulator. Har letat runt på nätet efter liknande layouter men hittar mest lösningar med två lager.

Kolla med din legotillverkare vad det blir för merkostnad att lägga komponenter på lödsidan.
Troligen är merkostnaden per kort lika stor eller större än att gå på sex-lagerskort och då försvinner problemet mer eller mindre helt.

Om du lägger på lödsidan: Skall du inte våglöda kortet för eventuellla hålmonterade komponenter? Isådana fall så limmar man de passiva och löder dom i våglödprocessen. Kolla med legotillverkaren om rotationsvinklar och minimumavstånd mellan komponenter bara.

Jo det kommer hamna en del hålmonterat på kortet också. Har satt dit en 10n per matningspinne och en 100n per varannan pinne vilket blir 30 kondingar. Sen sitter det ett par 10u runt om. Är detta lite onödig lyx ? Ska klocka kortet med 20 MHz. Skulle det gå lika bra med en 100n per pinne istället. En del verkar köra med två kondingar per pinne med olika värden och andra har inte mer än ett par kondingar per matningplan.

Låter som om du lyxat till det lite vad avser antal kondingar.
Men att du kör kortet med 20MHz spelar ingen roll egentligen, frågan är - vad skulle du kunna köra kortet med? Om svaret är 300MHz så behöver du 10nF kondingarna, om fmax är 25MHz så kan du med all sannolikhet strunta i dom.

Hur stor är den planerade årsvolymen?
Om under 100st använd livrem och hängslen dvs det är bra som det är.
Om >>100 så gör prototypen som den är tag sen bort alla 10nF och hälften av 100nF kondingarna, om det då går bra tar du bort alla 10uF kondingar om det fortfarande går bra tar du bort hälften av återstående 100nF så håller du på tills det strular. Då lägger du dit 1/3 av det som är kvar ytterligare för marginalens skull samt en 10uF konding på varje matning.

En del kort jag sett har de lagt avkopplingarna precis vid benet som som skall avkopplas och sedan en via till jordplanet på andra sidan. Antar väl att det är ganska vanligt att göra så..

Ofta när man läser saker om EMC och avkoppling är fokus ofta på vilken frekvens man kör på. Det är ju ganska ointressant. Vad som är intressant är hur snabba flanker och strömtransienter och vilken typ av logik som ska drivas.
CMOS drar ju i princip bara ström vid omslag och ger då massa spikar på matningen som ska filtreras med avkopplingen.
ECL drar ju ruskigt mycket ström men eftersom de jobbar med differentiella par drar den i princip lika mycket ström hela tiden och ger mindra strömrusningar.