Disposition de PCB étrange pour régulateur de tension

23

Je suis en train de faire de l'ingénierie inverse sur une carte dotée d'un FPGA Xilinx Spartan 3E, avec VCCAUX alimenté par un régulateur de 2,5 volts. Ci-dessous, la disposition du PCB pour la partie régulateur du circuit, et quelque chose me semble très louche.

entrez la description de l'image ici

Mes excuses pour l'horrible pixellisation, c'était la résolution la plus élevée que j'ai pu obtenir avec l'équipement dont je disposais. Quoi qu'il en soit, le composant SOT23-5 étiqueté "LFSB" est un régulateur de tension linéaire Texas Instruments LP3988IMF-2.5 . J'ai tracé le schéma ci-dessous à partir de la disposition du tableau:

entrez la description de l'image ici

Vous avez peut-être déjà remarqué la source de ma confusion: je ne sais pas pourquoi ils auraient placé une résistance de 316 ohms directement en face de la sortie d'un régulateur de 2,5 volts. Tout cela ne fait que gaspiller 7,9 milliampères. Je n'arrive pas à trouver de raison pour cela. Je me demande s'il s'agit d'un défaut de conception, et cette résistance est en fait censée être connectée à la broche PG plutôt qu'à la masse. J'ai cependant vérifié la PCB d'origine, et elle se connecte définitivement à la masse et la broche PG n'est connectée à rien. Si c'est une erreur, cependant, cela expliquerait pourquoi ils ont utilisé une trace séparée sur le côté bas de la résistance au lieu de la connecter à la masse de cuivre qui se trouve juste là. Je me suis également demandé si le régulateur pouvait exiger une charge minimale afin de maintenir une sortie stable, mais ce n'est pas le cas pour ce régulateur. Il n'y a aucune exigence de charge minimale. J'ai également considéré la possibilité qu'il était prévu de faire apparaître VCCAUX plus lentement à des fins de séquençage pour le FPGA, mais la lecture de la fiche technique ne semble pas non plus correspondre - il n'y a pas de règles de séquençage strictes pour mettre le Spartan 3E sous tension.

Quelqu'un peut-il penser à une raison pour laquelle quelqu'un placerait intentionnellement une résistance de 316 ohms directement sur la sortie d'un régulateur de 2,5 V? J'ai considéré que cela pourrait être une résistance de purge pour le condensateur de sortie, mais cela semble trop faible pour cela.

EDIT: Peut-être que ces informations supplémentaires vous aideront. La fiche technique du Spartan 3E précise à quoi sert l'alimentation VCCAUX:

VCCAUX: Tension d'alimentation auxiliaire. Fournit des gestionnaires d'horloge numérique (DCM), des pilotes différentiels, des broches de configuration dédiées, une interface JTAG. Entrée au circuit de réinitialisation à la mise sous tension (POR).

DerStrom8
la source
Êtes-vous certain que l'une des extrémités de cette résistance est mise à la terre? Ce régulateur ne nécessite même aucune charge minimale pour rester stable.
brhans
Je suis absolument certain que le côté inférieur de la résistance est mis à la terre. J'ai oublié de mentionner que j'avais également pris en compte les exigences de charge minimale, mais comme vous l'avez noté, cela ne s'applique pas à ce régulateur.
DerStrom8
1
Je soupçonne que cela a à voir avec le régulateur ne fournissant aucune protection contre les courants inverses. Il est choisi de manière empirique afin que tous les condensateurs connectés à la sortie se déchargent plus rapidement que la tension d'entrée ne devrait chuter lors d'une coupure de courant.
The Photon
1
@ TimWescott Non, le 2,5 V va UNIQUEMENT aux broches VCCAUX du FPGA et VCCAUX n'est pas utilisé pour alimenter les E / S.
DerStrom8
1
@Justme Oui, je l'ai mesuré. Le code sur la résistance est 49A. La norme EIA-96 est utilisée pour le codage des résistances CMS à 1%, qui se compose des codes numériques 1-96 suivis d'une lettre, A / B / C / D / E / F / H / R / S / X / Y / Z. Le code numérique indique la valeur et la lettre indique le multiplicateur. Dans ce cas, "49" correspond à "316" et "A" correspond à un multiplicateur de "1". Par conséquent, la valeur est 316 * 1 = 316 ohms.
DerStrom8

Réponses:

36

J'aurais fait la même conception, afin de réduire les erreurs de régulation de charge dynamique et statique.

Les détails des raisons sont évidents dans la fiche technique.

  • regardez l'erreur de régulation de la charge dynamique et l'erreur de régulation de l'étape d'entrée.

  • Je ne peux que deviner quel budget d'erreur le concepteur avait à l'esprit, mais il est courant pour chaque LDO d'avoir les réponses ci-dessus, bien que ce LDO FET soit une faible puissance et une tension de décrochage exceptionnelles.

    • Erreur 5 mV {pas d'entrée = 0,6 V} avec une charge par pas de 1 mA , erreur 200 mV avec une charge par pas de 150 mA *
    • l'erreur de régulation de la charge statique n'est évaluée au-dessus de 1 mA qu'à 0,007% / mA. Cela implique qu'elle est pire en dessous de 1 mA et s'améliore avec une charge fictive de 7,6 mA à la satisfaction des concepteurs. Il améliore également l'erreur de régulation de la charge dynamique par étape ci-dessus. *

Ce 1mA garantit le temps de montée du variateur Gate pour accélérer la réponse. 7,6 mA est encore meilleur avec des rendements décroissants au-dessus de cela.

  • L'erreur de régulation de la charge statique est uniquement due au RdsOn du PFET utilisé dans le LDO divisé par son gain de boucle interne. Cela est vrai pour tout régulateur de tension, qu'il soit FET ou BJT. Mais le gain de boucle infini peut augmenter les erreurs de stabilité ou davantage de sonneries, sous certaines conditions de charge (ESR, C), de sorte qu'il est fini.

De poisson? En aucune façon

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
la source
6
Vous aurez également plus d'expérience. J'en ai 40 ans.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2
Ou considérez la charge de pas comme un puits de courant de pas et le LDO comme une source de tension avec une certaine limite de GBW. cela limite TOUJOURS la vitesse de balayage dans tout entraînement linéaire et même la charge d'entraînement pF de Logic IC. Ce retard ou taux de balayage dans la rétroaction d'erreur produit l'erreur +/- glitch sur la tension de sortie en augmentant + ou en diminuant le courant de charge. il s'agit d'un test de stabilité standard pour tout régulateur de tension. SOUVENT FAIT de 10% à 100% à 10% pour donner de meilleurs résultats que 0 à 100%. Préchargez donc si votre charge réelle est 0 statique et dynamique élevée.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
2
cela dépendait des facteurs de crête du courant d'application et de la charge en régime permanent (uA). pas de nombre magique dans la fiche technique, mais j'aurais considéré le courant nominal maximal de 5% comme une précharge comme point de départ, puis confirmer toutes les sources d'erreur de régulation (statique, source de pas V et charge de pas I) pour en dériver une avec la meilleure marge de variation en partie GBW. Ceci est une préoccupation obligatoire pour les mobiles avec une faible puissance Rx et une puissance Tx élevée tout en minimisant la puissance gaspillée afin d'atteindre la stabilité RF pendant la rafale de porteuse activée. il semble que le designer ait la même sagesse, car 5% de 150mA c'est quoi?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
3
@ SunnyskyguyEE75 "Erreur 5mV avec charge par étape 1mA, erreur 200mV avec charge par étape 150mA" - Je peux voir la réponse de charge par étape 150mA dans la figure 15/16 de la fiche technique, mais où trouvez-vous la réponse de charge par étape 1mA d'erreur 5mV? J'ai parcouru la fiche technique, mais je n'arrive pas à la trouver ...
marcelm
3
Good Eye @marcelm C'était en fait 9.2.3 ligne à l'étape +/- 0.6V puis "erreur 5mV avec charge 1mA,
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
5

Comme déjà suggéré par d'autres commentaires, une résistance de 316 ohms est placée là pour permettre au circuit régulateur de tension de pouvoir absorber un peu de courant dans le cas où le rail 2,5 V obtient des fuites d'un rail à tension plus élevée. Cette fuite entraînerait généralement la fermeture de la sortie du régulateur et augmenterait et passerait à une tension plus élevée. Un concepteur fait un compromis de conception entre la capacité de l'évier à tenir compte de la quantité de charge supplémentaire que la résistance place sur le régulateur de tension.

Des conditions de fuite peuvent exister lors de la mise sous tension et hors tension du séquencement des dispositifs semi-conducteurs complexes et la capacité du puits peut être importante pour garder les choses en échec.

Dans certains cas, le régulateur de tension peut avoir une fonction appelée verrouillage de surtension qui arrête le régulateur si la sortie augmente trop. Cela peut être préjudiciable au fonctionnement du système, en particulier si la broche indicatrice de bonne alimentation (PG) est surveillée pour contrôler une chaîne de régulateur de tension sur une carte complexe. La résistance de puits de courant peut jouer un rôle pour empêcher un arrêt inattendu en raison d'une petite quantité de fuite dans un rail particulier.

Michael Karas
la source
4

Je ne suis pas convaincu que la résistance soit mise à la terre. J'ai étiqueté les pièces et le cuivre se déverse selon votre circuit "d'ingénierie inversée".

entrez la description de l'image ici

Si le R14 était mis à la terre, pourquoi un via serait-il gaspillé alors qu'il y a du GND à côté de lui. Comment avez-vous testé qu'il était broyé? vous venez de bourdonner entre les lignes? Il y a de fortes chances qu'il y ait une LED à la terre suspendue à cette via. Cela fournirait une indication visuelle que 2,5V est alimenté et une résistance autour de 316R serait correcte pour une LED ROUGE / JAUNE / VERTE (4mA). Cela donnerait également l '"indication" d'un court-circuit si vous lisez mal un multimètre numérique ou en fonction des spécificités du multimètre numérique.

https://reference.digilentinc.com/_media/s3e:spartan-3e_sch.pdf Il s'agit d'une conception de référence pour un Spartan 3E. Il y a une charge de 2k2 sur le régulateur 2.5V mais aussi une LED éteinte sur le 3v3. Cela pourrait être de fournir un certain amortissement au circuit en aval

JonRB
la source
9
If R14 was grounded, why would a via be wasted when there is GND pour right next door to it.Je l'ai également mentionné dans mon message d'origine. Cela n'avait aucun sens pour moi non plus. How did you test it was ground? did you just buzz between lines?J'ai mesuré entre plusieurs points de masse connus, en mode résistance, mode continuité et mode diode. Le mode de continuité et de résistance affiche 0,2 ohms et le mode diode affiche 0 volt, indiquant un court-circuit clair. There is a very high chance there is an LED to ground hanging off that via.Il n'y a pas de LED sur cette carte. 2.5V se connecte uniquement à FPGA VCCAUX
DerStrom8
La via pourrait-elle se connecter à une autre terre? Peut-être que cela ira à AGND lorsque la coulée à côté sera DGND, ou quelque chose comme ça?
Hearth
2
@Hearth ce serait une décision incroyablement mauvaise (mais possible ...). Les terrains divisés appartiennent au passé MAIS plus important encore, le courant veut retourner à sa source, qui est proche de la broche 2 de U4. Pensez toujours au chemin du retour
JonRB
@ JonRB Je ne connais pas grand-chose à la conception numérique à haute vitesse, donc je ne fais que deviner. Cela ne m'a pas semblé être un choix judicieux, mais l'ajout de via ne l'est pas non plus.
Hearth
1
Est-ce un PCB multicouche ou qu'est-ce qu'il y a derrière?
Eckes