соединение линий питания (AND vs OR) Опции

[RodionGork]

Уважаемые товарищи!

Ищу грамотного и обоснованного ответа на вопрос о соединении линий питания, например, у контроллера LPC2148... Из него торчит 5 GND и 3 VDD (не считая еще аналогового питания, с которым все понятно, пожалуй). Если посмотреть многие примеры схем, там все это соединяется вместе (вместе все GND, ну например к внутреннему полигону и вместе VDD - уже вокруг дорожкой если двухслойная плата). А некоторые изобретатели еще и по отдельному кондеру к каждой из VDD цепляют... Гм...

И что-то не могу найти точного указания (желательно от производителя) что надо именно так делать... И потому терзает сомнение - не затем ли ножки выведены со всех сторон, чтоб просто было удобней найти подходящую ножку... Все равно по даташиту через каждую ногу до 100мА может течь, а больше я б через такой корпус и не стал бы пропускать, ибо это как-то жарко...

Так кто же прав - гуру, тщательно прицепляющие все ноги питания, или я, подозревающий что это излишне?

с уважением,
Родион

P.S. Только не надо уклончивых ответов типа "соединение всех пяти ног GND вместе позволяет уменьшить помехи" - каким это, интересно, образом... Ноги-то внутри соединены и без нас, да?

P.P.S. Извините если я чего-то в этой жизни недопонял... Не ругайтесь... ;-)

[aaarrr]

Так кто же прав - гуру, тщательно прицепляющие все ноги питания, или я, подозревающий что это излишне?

Гуру правы

Отсутствие жестких указаний объясняется очевидностью правильного решения.

P.S. Только не надо уклончивых ответов типа "соединение всех пяти ног GND вместе позволяет уменьшить помехи"

Не соединение всех пяти ног позволяет получить феерический набор глюков из-за "прыгающей" земли.

[scifi]

Ищу грамотного и обоснованного ответа на вопрос о соединении линий питания, например, у контроллера LPC2148...

Ответ обосновывается особенностями внутреннего устройства микросхемы. Ясно, что для стабильной работы схемы цепь GND должна везде иметь одинаковый потенциал с определённой точностью. Видимо, металлизация на чипе не может обеспечить одинаковость потенциала при работе чипа из-за возникающих импульсных токов. Поэтому цепь GND выведена на ножки микросхемы в разных местах, чтобы их можно было соединить проводниками печатной платы с низким сопротивлением и индуктивностью. Конденсаторы шунтируют импульсные токи, заставляя их циркулировать по короткому пути и не разбегаться по проводникам печатной платы и металлизации чипа, вызывая скачки потенциала земли.

[zhevak]

проводники питания и проводники "земли" в микросхеме, точннее -- в чипе, представляют собой очень токие области кремния (или, возможно, аллюминия на поверхности окисленного кремния, т.е. по поверхности кристалла). И представьте себе, как будет вглядеть питалово, если придется еготянуть на противоположный край чипа не очень хорошим проводом. До кучи по этому проводу могут протекать огромные токи (в несколько десятком миллиампер. Это не шутка!) Поэтому подводку делают распределенной.

Вот еще один пример, правда из области AVR. Самые первые меги в ДИПах шли с питанием на диагональных ногах (Мега8515 -- 20-я и 40-я). Потом специалисты посчитали, что это не правильно и сделали питание на средние ножки, т.е. более близкие к чипу (Мега8535). И тут дело даже не в том, что омическое сопротивление проводов больше у диагонального расположения питания. Дело в помехах. МК -- это цифровая микросхема и потребляемый ею мгновенный ток может меняться в тысячи и более раз. На лицо зловещая система генерации помех от нуля до 60 МГц (длительности фронтов 13-15 нс при Vcc=5V).

А теперь мы собираемся бороться с этими помехами. Мы цепляем конденсатор 0.1 мкф на ноги питания и земли. Конденсатор это две пластинки на микроскопическом растоянии, источник помех -- чип, размер которого где-то 1-2 мм, а между конденсатором и чипом длинющие провода. В результате получаем хороший ВЧ-контур. У контура есть площадь. Вот с отой-то площади и уходит энергия в виде радоиволн всех мастей. Кто ее ловит, тот и сбоит.

Задача конструкторов РЭА, уменьшить площадь этого контура, выливается в задачу уменишить длину проводков к конденсатору. Констрктивное решение сблизить ноги -- наиболее рациональное. Поэтому у правильных микросхем ноги питания и земли всегда расположены рядом.

ПОМЕХИ НУЖНО ГАСИТЬ В МЕСТАХ ИХ ВОЗНИКНОВЕНИЯ, а не там где они принимается.

Спасибо, что дочитали до конца. Теперь вы стали на капельку умнее.

[SergeyDDD]

Пример из моей практики.
Рисовалась одна схема: процессор, флеш-память te28f128 и ...
Так вот когда схема рисовалась, на флешке забыл за один земляной пин.
То есть на готовой плате он просто висел в воздухе.

Долго не мог понять почему память не дышит, пока не поленился взять осциллограф и...
Оказывается сама флешка замечательно работает, вот только при чтении вместо "нуля" на шине данных я получаю уровень в 1,5В.
То есть выходные буфера шины данных флешки не были "запитаны", не смотря на то что остальные земли были подключены.
Перемычка на "висящую" землю исправила положение.

Никогда не звонил тестером одноименные пины питания (чесно говоря таких вопросов не возникало)
поэтому скажу так:
не всегда все земли и пины питания соединены на кристалле

[RodionGork]

Однако... Где же эти... Товарищи... Которые тесно возились с разработкой самих чипов... Всегда когда надо их нет на месте... Спросить бы их что там внутри понаделано... ;-)

Так. Давайте по порядку буду вредничать...

1. Вопрос не праздный. Апофеоз его я наблюдал когда приходилось возиться с микросхемой VS1003 (MP3-плеер от VLSI) имеющей три отдельных питания (2.5, 2.8, 3.3), по 3-4 вывода на каждом. Сначала было по конденсатору 0.1мкф на каждой из ножек питания (всего порядка 10) ну и три контура обходящих это дело, с переходными отверстиями, кренделями... Обнаружился следующий неприятный эффект, разумеется - вся эта гора конденсаторов образовывала уже нехилую емкость и создавала проседание при подаче напряжения на микросхему, в связи с чем контроллер очень смешно ребутился при попытке управлять этим самым питанием. Ну и шум наводился на внутренний АЦП больше, что я заметил, но что к счастью было малоактуально. В следующих версиях сделали чуть попроще все, стало получше... ;-)

2. Но мы говорим конкретно про контроллеры, скажем, LPC2xxx - все же, как мы привыкли, устройство более разных чипов зачастую слишком сильно отличается и действительно можно даже найти те, у которых некоторые питания физически не соединены внутри.

3. За рассказ насчет AVR спасибо, похоже именно так оно и было - теперь ведь они делают по два вывода питания рядом с двух сторон (у дипов).

4. Насчет контура образуемого линиями питания, внутренними, контроллерными с внешним кондером - так выйдет что если его еще обвязать со всех сторон линией, соединяющей VDD - контур еще больше станет, и емкость в нем... ;-)

5. Расчет. Пусть одна из ног GND соединена с землей, а остальные нет. Предположим что сопротивление внутри кристалла между двумя ногами (измерю на днях, скажу точнее) составляет аж 0.1 Ом. По воле программиста внезапно через ногу начинает течь максимальный ток 0.1 А, в таком случае разница напряжений на таком участке (если бы скажем напряжение на той, дальней ноге нас как-то интересовало) составит 0.01 В - менее 1%.

6. Так и не нашел, что по этому поводу говорит сам NXP. Глядел на standardics.nxp.com/support, да и на самом их сайте. А пожалуй это избавило бы вас от моих глюпых вопросов... ;-)

7. Конечно, хочется сэкономить дорожку на плате, но к вашим мнениям я разумеется отношусь с почтением, тем более что от помех надо защищаться тщательно (только хорошо бы точно знать, в каком случае они минимальны). ;-)

8. Вообще если уж соединять все... Кто как разводит? Дорожку вокруг проца делаете или на обратной стороне соединяете (делая GND-шный полигон под чипом на лицевой)? С удовольствием выслушаю рекомендации!

[defunct]

А некоторые изобретатели еще и по отдельному кондеру к каждой из VDD цепляют... Гм...

Скажу больше. Некоторые также подводят питание через нулевки (или индуктивности что еще лучше), и иногда полигон земли под МК отделяют от общего полигона.

5. Расчет. Пусть одна из ног GND соединена с землей, а остальные нет. Предположим что сопротивление внутри кристалла между двумя ногами (измерю на днях, скажу точнее) составляет аж 0.1 Ом.

Давеча приводил в пример чипы RealTek где сопротивление между одноименными выводами GND достигает сотен ом.
Не наводит ни на какие мысли?

[RodionGork]

Скажу больше. Некоторые также подводят питание через нулевки (или индуктивности что еще лучше), и иногда полигон земли под МК отделяют от общего полигона.

Во-во... Только через индуктивности надо с умом питание подводить... А то видел я оригиналов которые не могли в толк взять почему кондер должен стоять ближе к чипу, чем индуктивность и, перепаивая третью микруху, задавали странные вопросы... ;-)))

Мне собственно интересно послушать конкретные пояснения на тему зачем припаивать резюки-перемычки (кроме как прокинуть дорожку над дорожкой) и зачем отделять полигон если это не указано специально в даташите (тем более что найдутся и те, кто напротив скажут что полигоны надо соединить десятком переходных отверстий)...

Давеча приводил в пример чипы RealTek где сопротивление между одноименными выводами GND достигает сотен ом.
Не наводит ни на какие мысли?

Я давеча приводил в пример микросхему VS1003 у которой аналоговая земля ДОЛЖНА быть СОЕДИНЕНА с цифровой как можно ближе в силу специфики чипа (черным по белому в мануале сказано), если она используется - а у обсуждаемых LPC214x например аналоговая земля ДОЛЖНА быть РАЗЪЕДИНЕНА от цифровой как можно лучше (по известным причинам) - о чем тоже черным по белому сказано в даташите.

Чипы разные бывают, конечно... Специфика у каждого своя... Вот и хорошо бы рекомендации производителя отыскать...

[ar__systems]

Разводка земли это интересная тема. У меня возникла какое-то понимание ее после чтения этой книжки:

http://www.amazon.com/Circuit-Designers-Co...s/dp/0750663707

Всем рекомендую.
Разделять цифровую и аналогувую землю это значит просто что шум с цифровой земли не должен протекать через аналогувую. Но физически они при этом соединены одним куском меди. Это достигается правильной топологией этого куска меди.

[Vladimir_T]

В этой книге можно найти тоже много интересного:

Прикрепленные файлы

 10.rar ( 1005.57 килобайт ) Кол-во скачиваний: 163

 

[Wano]

Два месяца назад девайс LPC2478+SDRAM Samsung на двухслойке, максимальная длина адресной линии 5 см. Связей много, полигонами сильно землю не зальешь. Линия питания 1.5 мм 2-мя ветками к памяти и процу. К каждой ножке питания по 0,1uF . Держится прекрасно, мобильники и кофты не ребутают. Только шокер. Думаю, что вся стабильностью = разводка только руками + соединение всех ножек питания + обязательно по кондёрчику к каждой.

[ar__systems]

Два месяца назад девайс LPC2478+SDRAM Samsung на двухслойке, максимальная длина адресной линии 5 см. Связей много, полигонами сильно землю не зальешь. Линия питания 1.5 мм 2-мя ветками к памяти и процу. К каждой ножке питания по 0,1uF . Держится прекрасно, мобильники и кофты не ребутают. Только шокер. Думаю, что вся стабильностью = разводка только руками + соединение всех ножек питания + обязательно по кондёрчику к каждой.

аналогичный дизайн, 2478 + SRAM, 2 слоя, ручная разводка. Кондеры ставил через один, всего 6 штук. Все ноги питания соеденины полигоном на всю площадь чипа. работает хорошо. Мне кажется проще сделать как пишут в книжках и не парится, чем сэкономить пару соединений на плате и потом отлавливать странные глюки.

Кстати, встречный вопрос, а чем объясняется такое безумное расположение линий данных и адреса на этом чипе?

Сообщение отредактировал ar__systems - Apr 8 2009, 11:49

[Wano]

аналогичный дизайн, 2478 + SRAM, 2 слоя, ручная разводка. Кондеры ставил через один, всего 6 штук. Все ноги питания соеденины полигоном на всю площадь чипа. работает хорошо. Мне кажется проще сделать как пишут в книжках и не парится, чем сэкономить пару соединений на плате и потом отлавливать странные глюки.

Кстати, встречный вопрос, а чем объясняется такое безумное расположение линий данных и адреса на этом чипе?

чистый ужассс. Кажется, что во всех LPC особенно у LPC21хх как специально схожие по смыслу ноги выходят чёрт знает откуда. Можно предположить, что это сделано ради сокращение внутренних пересечений, но так можно и облысеть...

[PrSt]

Кстати, встречный вопрос, а чем объясняется такое безумное расположение линий данных и адреса на этом чипе?

скорее всего это вызвано условно хаотичным отводом выводов на кристалле
иначе если чипмэйкеры там начнут еще для удобства пользования роутить пины, и без того порой критычные к длине то будет вообще завал
ибо толщины проводников на подложке имеют большое сопротивление, да и кроснаводки на соседние сигналы будут соильными, куда намного надежнее пустить толще чем проводник на кристале медный проводник на плате со стороны "юзера"... + спасает мультиплекативность многих современных процов со стороны GPIO

на счет пинов питания - причина видать таже самая, не все пины питания можно объеденить, к томуже блоков куда подводится питание часто боле чем 1-2, да и питаний иногда бывает больше чем 1-2... посему что бы не было костылеей состороны организации комутацый на кристале - отдают юзерам для балавста с медью, для этого же и мишут мурзилки, дотошно приводя всякие тонкости.

[ar__systems]

скорее всего это вызвано условно хаотичным отводом выводов на кристалле
иначе если чипмэйкеры там начнут еще для удобства пользования роутить пины, и без того порой критычные к длине то будет вообще завал
ибо толщины проводников на подложке имеют большое сопротивление, да и кроснаводки на соседние сигналы будут соильными, куда намного надежнее пустить толще чем проводник на кристале медный проводник на плате со стороны "юзера"... + спасает мультиплекативность многих современных процов со стороны GPIO

От 10 мм внутри корпуса кросснаводки будут сильнее чем от 50мм провода который надо тянуть свокруг всего чипа изза того что они выведены на противоположной стороне? Почему-то у SRAM микросхемы все линнии в каком-то более вменяемого порядке идут. Нее, тут собака глубже порылась....

Сообщение отредактировал ar__systems - Apr 8 2009, 18:32

[PrSt]

От 10 мм внутри корпуса кросснаводки будут сильнее чем от 50мм провода который надо тянуть свокруг всего чипа изза того что они выведены на противоположной стороне? Почему-то у SRAM микросхемы все линнии в каком-то более вменяемого порядке идут. Нее, тут собака глубже порылась....

В целом, да. Но, а зачем?
пусть там 10мм, но полупроводниковый слой активного проводника будет состовлять несколько Ом.
это огромное ограничение и выплывающие от сюда беды...
...ну а если на борту еще и АЦП - тогда вообще вафли.

та и ведь весь цивилизованны мир уже давно, как минимум на 4х слоях сидит, и видимо из этого исходят чипмэйкеры.
там тоже прежде чем выпустить камешек на рынов все взвешивают многократно, им не нужен рожденный никому не нужный чип - уж это то всем ясно.

Я думаю дело схоже на следующее, чисто мое мнение - Че им подстраиваться под отстающих... они и смотрят на это с своей колокольни, как говорится "Любая точка зрения сильно зависит от конкретной точки сидения".
Видать поэтому такое и происходит.

SRAM как и другая память очень критичны и требовательны к взимным запаздываниям сигналов относительно стробов - там это просто необходимое требование, ровно как и такое же требование к шинам данных/адреса на любой памяти, иначе будет резкий спад пропускной способности шины. но мы щас не это обсуждаем.

.

[Wano]

Вопрос вроде близкий к теме: все разводили и видели, что ножки питания у МК выходят со всех сторон. Варианты их соединения на двусторонней плате - или кольцом внутри ножек или кольцо снаружи . Где-то я читал, что нельзя образовывать замкнутые контуры. Из этого следует, что обойдя весь проц вокруг, не стоит соединять конец с началом. С другой стороны такое соединение более равномерно распределит нагрузку. У кого какое мнение? Можно образовывать замкнутые кольца из линии питания или нет?

[Rst7]

Можно образовывать замкнутые кольца из линии питания или нет?

Если нельзя, но очень хочется, то можно

Оцените разводку китайского свича на односторонке - http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=52578

Земляной полигон под камнем, питание - кругом платы и отростки вовнутрь. Кондеры, правда, стоят на каждой паре ног VDD/VSS.

[ar__systems]

Вопрос вроде близкий к теме: все разводили и видели, что ножки питания у МК выходят со всех сторон. Варианты их соединения на двусторонней плате - или кольцом внутри ножек или кольцо снаружи . Где-то я читал, что нельзя образовывать замкнутые контуры. Из этого следует, что обойдя весь проц вокруг, не стоит соединять конец с началом. С другой стороны такое соединение более равномерно распределит нагрузку. У кого какое мнение? Можно образовывать замкнутые кольца из линии питания или нет?

Нельзя образовывать замкнутые контуры большой площади, типа десятки квадратных дециметров. Контуры размером с микропроцессор проблем никаких не представляют.

[RodionGork]

В общем всем спасибо!

Было высказано множество интересных предположений, домыслов и туманных намеков. ;-)

Изучив их, пару бессмысленных ответов от производителей (мы настоятельно рекомендуем соединять и ты-ты-ты), несколько аппликейшн-нотов, а также собственно чипы разные под руки попадавшиеся, понял следующее.

1. Цифровые микросхемы, потребляют ток неравномерно (тоже мне открытие). Если в даташите сказано что при скорости 1МГц чип потребляет 1мА, то это значит что он скажем 95% времени спит, а 5% времени потребляет 20-50мА (в зависимости от формы пика). Атмел уверяет что его чипы легко могут совершать такие броски аж по нескольку сотен мА (AVR042).

2. Сопротивление между одноименными ногами чипа может быть порядка ома. (например у всем знакомой ATmega16L-8AU между парой VCC наблюдается 2 Ома, между парой GND 1 Ом)

3. Бросок в несколько сотен мА на сопротивлении в 3 Ома (1 на GND и 2 на VCC в рассмотренном примере) создаст падение до 1 Вольта. В зависимости от питания платы это может оказаться слишком много, чип либо ребутнется, либо не выполнит требуемую функцию.

4. В связи с этим можно рассмотреть два подхода: либо мы ставим один конденсатор по питанию где-нибудь поблизости от чипа, и от него разводим линии ко всем одноименным ногам, либо мы подводим питание к одной паре ног, а на остальных ставим конденсаторы (питание которых будет происходить через цепи внутри чипа).

5. Разумеется можно и на все линии конденсаторы поставить, и до кучи все линии подвести от шины питания. Но в этом случае знатоки предлагают задумываться кроме того о возникновении контуров, помех и т.п. (там же токи кидаются!). Ну, можно ограничиться земляным полигоном...

с почтеньем,
Родион

[Dron_Gus]

либо мы подводим питание к одной паре ног, а на остальных ставим конденсаторы (питание которых будет происходить через цепи внутри чипа).

Хе-хе. Ну расскажите потом, как это работать будет. А то мы, как идиоты, не только на каждую пару ног ставим по кондеру на 0,1 так еще ему в паралель 0,01.

А если серьезно, Ваши размышления отдают нигилизмом... Ну или верой во всеобщий заговор... Взгляните на любую ПК-шную железку. Вот уж где стараются экономить по-максимуму. И все равно плата 4х слойная, как минимум, и по кондеру на каждую питающую пару. Вам тут уже все разжевано и обосновано, а Вы "Было высказано множество интересных предположений, домыслов и туманных намеков." Это не предположения, это основы. Не устраивают ответы, посчитайте сами. Прикиньте общее количество выходов, прикиньте емкость каждого, и представьте, что Вы за раз меняете состояние хотя бы половины из них на противоположное. Посчитайте токи. А теперь тоже самое, только с одного "края" чипа переход 0-1, а с другого 1-0 и прикиньте, как Ваш чип перекосит. И какой красивый спектр он излучит перед смертью.

[SergeiCh]

Вот Вам для коллекции STM32F10xxx hardware development: getting started, 19-я страница.

[AHTOXA]

Ищу грамотного и обоснованного ответа на вопрос о соединении линий питания,

Я тоже задавался подобным вопросом. Но бдительные гуры быстренько перенесли тему в офтопик:-)
Почитайте, там даже до вскрытия чипа дело дошло, с фотками

ЗЫ. Кстати, меня они так и не убедили.