เค้าโครง PCB ที่แปลกสำหรับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

23

ฉันเป็นวิศวกรรมย้อนกลับของบอร์ดที่มี Xilinx Spartan 3E FPGA พร้อม VCCAUX ที่ขับเคลื่อนโดยตัวควบคุม 2.5 โวลต์ ด้านล่างนี้เป็นโครงร่าง PCB สำหรับส่วนควบคุมของวงจร

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

คำขอโทษของฉันสำหรับพิกเซลที่น่ากลัวนี่คือความละเอียดสูงสุดที่ฉันจะได้รับจากอุปกรณ์ที่ฉันมี อย่างไรก็ตามองค์ประกอบ SOT23-5 ระบุว่า "LFSB" คือTexas Instruments LP3988IMF-2.5 เชิงเส้นควบคุมแรงดันไฟฟ้า ฉันได้ตรวจสอบแผนผังด้านล่างจากแผนผังบอร์ด:

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

คุณอาจสังเกตเห็นแหล่งที่มาของความสับสนของฉัน: ฉันไม่รู้ว่าทำไมพวกเขาจะวางตัวต้านทาน 316 โอห์มโดยตรงผ่านเอาท์พุทของตัวควบคุม 2.5 โวลต์ สิ่งที่ทำคือเสีย 7.9 milliamps ฉันไม่สามารถหาเหตุผลในการทำสิ่งนี้ได้ ฉันสงสัยว่ามันเป็นข้อบกพร่องในการออกแบบหรือไม่และตัวต้านทานนั้นควรจะเชื่อมต่อกับหมุด PG แทนการลงกราวด์ ฉันได้ตรวจสอบ PCB ดั้งเดิมถึงสามครั้งแล้วและมันเชื่อมต่อกับกราวด์อย่างแน่นอนและหมุด PG ไม่ได้เชื่อมต่อกับอะไร อย่างไรก็ตามหากนี่เป็นข้อผิดพลาดมันจะอธิบายว่าทำไมพวกเขาจึงใช้รอยแยกที่ด้านล่างของตัวต้านทานแทนที่จะเชื่อมต่อกับกราวด์ทองแดงที่อยู่ตรงนั้น ฉันยังสงสัยว่าตัวควบคุมอาจต้องการโหลดขั้นต่ำเพื่อรักษาเอาต์พุตที่เสถียร แต่นั่นไม่ใช่กรณีสำหรับตัวควบคุมนี้ ไม่มีข้อกำหนดโหลดขั้นต่ำ ฉันยังพิจารณาถึงความเป็นไปได้ว่ามันตั้งใจจะให้ VCCAUX ช้าลงสำหรับจุดประสงค์ในการจัดลำดับของ FPGA แต่การอ่านแผ่นข้อมูลนี้ดูเหมือนจะไม่เหมาะสม - ไม่มีกฎการเรียงลำดับที่เข้มงวดสำหรับการเพิ่มพลังให้กับ Spartan 3E

ใครสามารถคิดว่ามีเหตุผลว่าทำไมบางคนตั้งใจวางตัวต้านทาน 316 โอห์มโดยตรงผ่านเอาท์พุทของเครื่องปรับความดัน 2.5V ฉันคิดว่ามันอาจเป็นตัวต้านทานตกเลือดสำหรับตัวเก็บประจุเอาท์พุท แต่ดูเหมือนว่าค่าต่ำเกินไปสำหรับสิ่งนั้น

แก้ไข: บางทีข้อมูลเพิ่มเติมนี้จะช่วยได้ แผ่นข้อมูลสำหรับ Spartan 3E ระบุสิ่งที่อุปทาน VCCAUX ใช้สำหรับ:

VCCAUX: แรงดันไฟฟ้าเสริม วัสดุผู้จัดการนาฬิกาดิจิตอล (DCMs), ไดรเวอร์ที่แตกต่าง, พินการกำหนดค่าเฉพาะ, อินเตอร์เฟส JTAG อินพุตไปยังวงจรเปิดเครื่อง (POR)

pcb  pcb-design  reverse-engineering  linear-regulator 
— DerStrom8
แหล่งที่มา
คุณแน่ใจหรือว่าปลายด้านหนึ่งของตัวต้านทานนั้นมีการต่อสายดิน? ตัวควบคุมนั้นไม่ต้องการแม้แต่ภาระขั้นต่ำใด ๆ ที่จะยังคงมีเสถียรภาพ
— brhans
ฉันมั่นใจว่าด้านล่างของตัวต้านทานนั้นมีการต่อสายดิน ฉันลืมที่จะพูดถึงว่าฉันได้พิจารณาความต้องการโหลดขั้นต่ำด้วยเช่นกัน แต่ตามที่คุณได้ระบุไว้ว่าไม่ได้ใช้กับตัวควบคุมนี้
— DerStrom8
1
ฉันสงสัยว่ามันเกี่ยวข้องกับตัวควบคุมไม่ให้การป้องกันกระแสย้อนกลับใด ๆ มันถูกเลือกเชิงประจักษ์เพื่อให้ตัวเก็บประจุทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับเอาท์พุทได้เร็วกว่าแรงดันไฟฟ้าอินพุตที่คาดว่าจะลดลงในระหว่างที่กำลังไฟตก
— โฟตอน
1
@TimWescott ไม่ 2.5V เท่านั้นไปที่หมุด VCCAUX ของ FPGA และ VCCAUX ไม่ได้ถูกใช้เพื่อจ่ายไฟ I / O
— DerStrom8
1
@ Justme ใช่ฉันวัดมัน รหัสบนตัวต้านทานคือ 49A มาตรฐาน EIA-96 ใช้สำหรับการเข้ารหัสตัวต้านทาน SMD 1% ซึ่งประกอบด้วยรหัสตัวเลข 1-96 ตามด้วยตัวอักษร A / B / C / D / E / F / H / R / S / X / Y / Z. รหัสตัวเลขระบุค่าและตัวอักษรหมายถึงตัวคูณ ในกรณีนี้ "49" ตรงกับ "316" และ "A" ตรงกับตัวคูณของ "1" ดังนั้นค่าคือ 316 * 1 = 316 โอห์ม
— DerStrom8

คำตอบ:

36

ฉันจะทำการออกแบบเดียวกันเพื่อลดข้อผิดพลาดในการควบคุมโหลดแบบไดนามิกและแบบคงที่

รายละเอียดสำหรับเหตุผลนั้นปรากฏอยู่ในแผ่นข้อมูล

  • ดูข้อผิดพลาดการควบคุมโหลดแบบไดนามิกและข้อผิดพลาดการควบคุมขั้นตอนการป้อนข้อมูล

  • ฉันสามารถเดาได้ว่างบประมาณข้อผิดพลาดที่นักออกแบบมีอยู่ในใจ แต่มันเป็นเรื่องธรรมดาสำหรับ LDO ทุกคนที่จะมีการตอบสนองข้างต้นแม้ว่า FET LDO นี้จะใช้พลังงานต่ำและแรงดันตกคร่อมที่ยอดเยี่ยม

    • ข้อผิดพลาด 5mV {อินพุตขั้นตอน = 0.6V} พร้อมการโหลดแบบขั้นตอน 1mA ข้อผิดพลาด 200mV พร้อมการโหลดแบบขั้นตอน 150mA *
    • ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับการควบคุมโหลดแบบสแตติกนั้นได้รับการจัดอันดับไว้เหนือ 1mA เป็น 0.007% / mA นี่แสดงว่ามันแย่กว่า 1 mA และปรับปรุงด้วยโหลดดัมมี่ 7.6mA เพื่อความพึงพอใจของนักออกแบบ นอกจากนี้ยังปรับปรุงข้อผิดพลาดในการควบคุมโหลดขั้นตอนแบบไดนามิกด้านบน *

1mA นี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าช่วงเวลาที่ตกลงมาของไดรฟ์ของ Gate จะเพิ่มความเร็วในการตอบสนอง 7.6mA นั้นดียิ่งขึ้นหากผลตอบแทนลดลงเหนือ

  • ข้อผิดพลาดของการควบคุมโหลดแบบสแตติกนั้นเกิดจาก RdsOn ของ PFET ที่ใช้ใน LDO หารด้วยกำไรเกจภายใน เรื่องนี้เป็นจริงสำหรับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าไม่ว่าจะเป็น FET หรือ BJT แต่การเพิ่มลูปแบบไม่มีที่สิ้นสุดสามารถเพิ่มข้อผิดพลาดด้านเสถียรภาพหรือมีสัญญาณเรียกเข้ามากขึ้นภายใต้เงื่อนไขการโหลด (ESR, C) ดังนั้นจึงมีขอบเขต จำกัด

คาว? ไม่มีทาง

— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
แหล่งที่มา
6
คุณก็จะได้รับประสบการณ์มากขึ้นเช่นกัน ฉันมี 40 ปีของนี้
— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2
หรือคิดว่าการโหลดแบบสเต็ปเป็นซิงก์กระแสขั้นตอนและ LDO เป็นแหล่งจ่ายแรงดันที่มีขีด จำกัด GBW อยู่บ้าง ALWAYS นี้ จำกัดอัตราการฆ่าในไดรฟ์เชิงเส้นใด ๆ และแม้กระทั่ง pF โหลดการขับขี่ของ Logic IC อัตราความล่าช้าหรือความผิดพลาดในการป้อนกลับข้อผิดพลาดนี้ทำให้เกิดข้อผิดพลาด +/- ข้อผิดพลาดเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้าขาออกที่เพิ่มขึ้น + หรือลดลง - กระแสโหลด นี่คือการทดสอบเสถียรภาพมาตรฐานสำหรับตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า เสร็จสิ้นการทำ 10% ถึง 100% ถึง 10% เพื่อให้ผลลัพธ์ที่ดีกว่า 0 ถึง 100% โหลดล่วงหน้าหากโหลดจริงของคุณเป็น 0 นิ่งและไดนามิกสูง
— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2
มันขึ้นอยู่กับปัจจัยยอดของแอพลิเคชันในปัจจุบันและภาระของรัฐที่มั่นคง (uA) ไม่มีเลขอาถรรพ์ในแผ่นข้อมูล แต่ฉันจะถือว่ากระแสสูงสุด 5% เป็นการโหลดล่วงหน้าเป็นจุดเริ่มต้นจากนั้นยืนยันข้อผิดพลาดของกฎระเบียบแหล่งที่มาทั้งหมด (คงที่แหล่งที่มาขั้นตอน V และโหลดขั้นตอน I) เพื่อหาค่าที่ดีที่สุด ในส่วน GBW นี่เป็นข้อกังวลที่จำเป็นสำหรับโทรศัพท์มือถือที่มีพลังงาน Rx ต่ำและพลังงาน Tx สูง แต่ลดพลังงานที่สูญเปล่าให้น้อยที่สุดเพื่อให้ได้รับความเสถียรของคลื่นความถี่วิทยุในระหว่างการระเบิด ดูเหมือนว่านักออกแบบจะมีสติปัญญาเหมือนกันเพราะ 5% ของ 150mA นั้นเป็นอย่างไร
— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
3
@ SunnyskyguyEE75 "ข้อผิดพลาด 5mV พร้อมการโหลด 1mA ขั้นตอนข้อผิดพลาด 200mV พร้อมโหลด 150mA ขั้นตอน" - ฉันสามารถดูการตอบสนองการโหลดขั้นตอน 150mA ในรูปที่ 15/16 ของแผ่นข้อมูล แต่คุณพบการตอบสนองขั้นตอนโหลด 1mA ของข้อผิดพลาด 5mA หรือไม่ ฉันได้หวีผ่านแผ่นข้อมูล แต่ฉันไม่สามารถดูเหมือนจะหามัน ...
— marcelm
3
Good Eye @marcelm จริง ๆ แล้วเป็น 9.2.3 บรรทัดในขั้นตอน +/- 0.6V แล้ว "ข้อผิดพลาด 5mV พร้อมโหลด 1mA
— Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
5

ตามที่แนะนำไว้แล้วโดยความคิดเห็นอื่น ๆ ที่วางตัวต้านทาน 316 โอห์มไว้ที่นั่นเพื่อให้วงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้ามีความสามารถในการจมกระแสไฟฟ้าในกรณีที่ราว 2.5V ได้รับการรั่วไหลจากรางแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น โดยทั่วไปแล้วการรั่วไหลนั้นจะส่งผลให้ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าปิดและลุกขึ้นและไปที่แรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้น ผู้ออกแบบสร้างการแลกเปลี่ยนระหว่างความสามารถในการจมที่อนุญาตให้เปรียบเทียบกับจำนวนภาระพิเศษที่ตัวต้านทานวางอยู่บนตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า

สภาวะการรั่วไหลสามารถเกิดขึ้นได้ระหว่างการเปิดเครื่องและการปิดการเรียงลำดับของอุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์ที่ซับซ้อน

ในบางกรณีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าอาจมีคุณสมบัติที่เรียกว่าการล็อคแรงดันไฟฟ้าซึ่งจะปิดตัวควบคุมถ้าเอาต์พุตเพิ่มขึ้นมากเกินไป นี่อาจเป็นอันตรายต่อการทำงานของระบบโดยเฉพาะอย่างยิ่งหากมีการตรวจสอบพินตัวบ่งชี้พลังงานดี (PG) เพื่อควบคุมโซ่ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าบนบอร์ดที่ซับซ้อน ตัวต้านทานอ่างล้างจานในปัจจุบันสามารถมีบทบาทในการป้องกันการปิดที่ไม่คาดคิดเนื่องจากมีการรั่วเล็กน้อยในรางบาง

— Michael Karas
แหล่งที่มา
4

ฉันไม่เชื่อว่าตัวต้านทานนั้นต่อลงดิน ฉันติดป้ายชิ้นส่วนและทองแดงเทตามวงจร "กลับวิศวกรรม" ของคุณ

ป้อนคำอธิบายรูปภาพที่นี่

ถ้า R14 มีเหตุผลทำไมต้องผ่านเสียเปล่าเมื่อมี GND เทอยู่ข้างประตู คุณทดสอบมันยังไง คุณเพิ่งฉวัดเฉวียนระหว่างบรรทัดหรือไม่ มีความเป็นไปได้สูงมากที่จะมี LED ไปติดกับพื้น สิ่งนี้จะช่วยให้มีการบ่งชี้ด้วยภาพ 2.5V ขับเคลื่อนและตัวต้านทานรอบ 316R จะโอเคสำหรับไฟ LED สีแดง / สีเหลือง / สีเขียว (4mA) สิ่งนี้จะให้ "ตัวบ่งชี้" สั้น ๆ ถ้าคุณอ่าน DMM ผิดหรือขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของ DMM

https://reference.digilentinc.com/_media/s3e:spartan-3e_sch.pdf นี่คือการออกแบบอ้างอิงสำหรับ Spartan 3E มีการโหลด 2k2 บนตัวควบคุม 2.5V แต่ยังมี LED ปิด 3v3 นี่อาจเป็นการลดแรงกระแทกให้กับวงจรขาลง

— JonRB
แหล่งที่มา
9
If R14 was grounded, why would a via be wasted when there is GND pour right next door to it.ฉันพูดถึงเรื่องนี้ในโพสต์ต้นฉบับของฉันเช่นกัน มันก็ไม่สมเหตุสมผลสำหรับฉันเช่นกัน How did you test it was ground? did you just buzz between lines?ฉันวัดระหว่างจุดกราวด์ที่รู้จักกันหลายจุดในโหมดความต้านทานโหมดต่อเนื่องและโหมดไดโอด โหมดความต่อเนื่องและความต้านทานแสดง 0.2 โอห์มและโหมดไดโอดแสดง 0 โวลต์ซึ่งบ่งบอกว่าสั้นชัดเจน There is a very high chance there is an LED to ground hanging off that via.บอร์ดนี้ไม่มีไฟ LED 2.5V เชื่อมต่อกับ FPGA VCCAUX
— DerStrom8
สามารถเชื่อมต่อผ่านไปยังจุดอื่นได้หรือไม่? อาจเป็นไปได้ว่า AGND เมื่อการเทถัดจาก DGND หรืออะไรแบบนั้น
— Hearth
2
@ ได้ยินว่าเป็นการตัดสินใจที่ไม่ดีอย่างเหลือเชื่อ (แต่เป็นไปได้ ... ) บริเวณแยกเป็นสิ่งที่ผ่านมา แต่สำคัญกว่าปัจจุบันต้องการกลับไปยังแหล่งที่มาซึ่งอยู่ใกล้กับ pin2 ของ U4 คิดถึงเส้นทางกลับเสมอ
— JonRB
@ JonRB ฉันไม่รู้อะไรมากเกี่ยวกับการออกแบบดิจิทัลความเร็วสูงดังนั้นฉันแค่คาดเดา มันไม่ได้เป็นทางเลือกที่สมเหตุสมผลสำหรับฉัน แต่แล้วก็ไม่ได้เพิ่มผ่าน
— Hearth
1
นั่นคือ PCB แบบหลายเลเยอร์หรือที่ด้านหลังของมัน?
— eckes
โดยการใช้ไซต์ของเรา หมายความว่าคุณได้อ่านและทำความเข้าใจนโยบายคุกกี้และนโยบายความเป็นส่วนตัวของเราแล้ว
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.