Разрабатываю сейчас плату с BGA на 1152 ножки, микросхема ставится в панельку, поэтому поставить конденсаторы обвязки под микросхемой не получается. Отсюда вопрос возник, стоит ли конденсаторы ставить вокруг микросхемы и будет ли от них тогда толк? И как тогда проектировать полигоны питания ведь получается конденсаторы стоят в стороне от питающих ножек.

Конденсаторы ставить нужно обязательно, и не один, а несколько в параллель и размещать как можно ближе к микросхеме. То, что конденсаторы находятся не под микросхемой не очень страшно, так как у вас будут целые полигоны выделены под питания. В качестве примера можно посмотреть, как делают на материнских платах.

А панелька какая? Штырьевая? На материнках сейчас вроде и панельки планарные, а значит где-то в районе центра поставить конденсаторы все-таки получается.

Панелька планарная, пару кондеров посавить можно, но их будет буквально 4-5 штук и все. Если поставить конденсаторы рядом с микросхемой и кинуть их на плигон, то будут ли они выполнять свою функцию, ведь ВЧ шум сможет спокойно попасть на питающий вывод минуя конденсатор?

Да, интересный вопрос. По идее, разработчики микросхемы в БГА-корпусе должны были учесть трудность внешней фильтрации и что-то в самом корпусе сделать

Угу, а конденсаторы, небось, 0603 юзаем, дабы доставать легче да и паять руками проще - так? В этом и заключается проблема с этим подходом. Если делаете плату на таком BGA то позаботьтесь о соответствующей остальной элементной базе. Конденсаторы 0402 легко ставятся прямо между выводами BGA корпусов с шагом 1 мм. В нашем конкретном случае есть положительный опыт разводки Virtex 4 в 672 ногом корпусе - не 1152 шарика, но проблемы сопоставимы. Сложность ручного монтажа 0402 конденсаторов также переоценена. Ответственно могу сказать, что они монтируются обычным паяльником с тонким жалом без особых проблем.

У FPGA от Xilinx-a внутренние выводы - это питание. И если правильно делать фанауты(центральные выводы питания отводить внутрь, а сигнальные наружу) там появляется по периметру вокруг центра свободная зона. У меня в такую зону стало 28 конденсаторов(размер 0402), корпус FG-676.
Смотрите внимательно - похожая возможность должна быть заложена в такие корпуса.

У меня за сотню влезло под БГА-1020 с шагом 1 мм, причем там кроме 0402 были и несколько покрупнее. Но здесь помогло и то, что разработчик не сильно загрузил Альтерку. Если бы загрузка была около 100%, пришлось бы проводить зачистку

В этом и весь вопрос. Просто необходимо адекватно подходить к выбору чипов и пассивных элементов обвески и проблем не будет. По определению блокировочный конденсатор должен быть максимально близко расположен к ножке микросхемы или соединен с ней очень малоиндуктивным проводником. К сожалению второе под BGA корпусом выполнить проблематично, поскольку полигоны оказываются сильно "порваны" переходными отверстиями.

Еще одна вещь меня терзает. Когда мы разводим БГУ только сквозными переходными, каждый чип это потерянная зона для Via. Почему бы не сделать так. На примере БГА с шагом 1 мм и чипов 0402 (шаг тоже 1 мм). Площадки чипа делаем круглыми и точно повторяющими площадки БГА. Ставим чип площадками питания и земли точно под соответствующие площадки БГА (в моем случае они часто стоят рядом). Таким образом, чип никак не стесняет нас в плане закупорки пространства для Via.
Начальник сказал, что так делать не надо. А почему, собственно? Кто-нить пробовал?

Понятно, спасибо за советы, попробую переделать выводы питания.

Ну если чип поставить на круглую площадку, то при оплавлении в печи его будет колбасить (эффект надгробного камня).

Это проверенный факт? Я сейчас общался с нашим главным по монтажу, он сказал,
что проблем не видит. По размерам площадки подходят, я сверялся с рекомендациями Murata

Ну, что именно замена круглыми площадками на чипах точно не помню (поищу найду напишу). А вот где то с полгода площадки были модифицированые подобным образом под диоды ( корпус SOD80 помоему - тоже межцентровое растояние вымерялось) так там была такая проблема ( может фотки даже найду отошлю). После этого было общение с инженерами на линии монтажа. Так они говорили, что подобное творчество надо присекать на корню. Есть стандарт и всё!

Скажем так есть большая вероятность, а если плата дорогая и партия большая, то есть ли смысл рисковать? Но это опять же ИХМО.

Еще один вопрос.
Допустим есть 6-ти слойная плата(хотя необязательно 6-ти, чем больше слоев тем острее вопрос), допустим сигнал переходит с верхнего слоя на нижний. Опорный слой для этого сигнала 2-ой, остальные слои пусть будут питание и прочие сигнальные слои. И все это мы забили в программу моделирования(ниважно какую, хоть Alegro SI или HyperLynx), как программа будет считать волновое сопроивление линии, ведь она его считает до ближайшего plane(shield) слоя, а если ближайший слой это питание которое неимеет никакого отношения к исследуемому сигналу? Получается что результаты моделирования сигнала будут неправильные? А если это ответственный сигнал, как тогда моделировать?

По своему опыту в HL 7.5 - переходное отверстие будет представлено отрезком линии и емкостями на концах. Значение волнового сопротивления этого отрезка зависит от геометрии и от того между какими слоями это отверстие находится. Я моделировал сигнал с относительно большим slewrate (5V/нс)при переходе с топа на разные слои, в том числе со сменой опорного слоя. И смотрел как изменяется картинка в зависимости от наличия рядом переходных отверстий для возвратного тока и блокировочных конденсаторов. Ответ - никак не изменяется. ИМХО, HL считает что между опорными слоями нулевой импеданс.

К вопросу о чипах с круглыми площадками под БГА. Так делать можно, это нам подтвердили специалисты из CircuiTec, весьма серьезного PCB дизайнера из Израиля. Более того, для технологии Pb-Free круглые площадки даже предпочтительнее прямоугольных

Просто это не надо "доводить до абсурда". Можно немного скруглить углы, и немного подрезать площадки у 0402, и он действительно прекрасно встает между via под BGA.
Но не надо совсем уж круглыми эти площадки делать. Тогда с монтажом проблем не будет - проверено на куче проектов c BGA.



Просто в месте перехода со слоя на слой, совсем рядом, надо ставить "блокировочный" конденсатор именно между теми опорными планами, которые "меняются". Тогда все будет соответствовать мнению HL, если конденсатор правильный, конечно. Если рядом есть микросхема, то такой конденсатор уже тоже наверняка есть... А если нет, то такая развязка нужна обязательно, особенно для критичных сигналов.



Если панелька планарная, наверное, она разводится точно так же, как сам корпус BGA, или нет?

Думаю, здесь имеет значение технологический уровень монтажа
У CircuiTec площадки были именно круглые, а они делают не меньшую кучу
сложнейших проектов с БГА. Монтируют у себя же, траблов нет

Номного отойдем от первоначального вопроса и расмотрим общий вариан:
как видно не рисунке превосходство 0402 над 0603 очевидно.
шаг 1мм, а вот переходные У Вас размера 05мм/03мм наверно. ? .

А кто из брендов прибегает к таким методам ???
А то, например, Альтеровцы на крупный Стратих 2, в референс дизайне 0603 по периметру поставили, пяток кондеров под нее, и довольны (наверное).

Как раз о Stratix 2 и речь, EP2S60F. Не очень понимаю сущность и смысл референс-дизайна, но закащик четко сказал - на его боевую плату ставить по кондеру на каждую пару пинов питания и земли. А при таком подходе Вы быстро прочувствуете разницу между 0603 и 0402

Явная перестраховка.

Это-то понятно. Непонятно - что значит "рядом". 100 милс, 300 милс, 1000 милс? На этот вопрос HL ответа не дает. А если скоростных цепей много, то конденсатор не всегда припарить совсем "рядом" получается. Я в таких случаях несколько опорных "земляных" слоев использую, и критические цепи располагаю между ними. Ну и при смене опорника добавляю сквозную via для связывания.
Но на vias и конденсаторах также должны возникать crosstalks - ток-то течет, да еще от нескольких цепей сразу. И на времени распространения сигнала в основной цепи расположение via/конденсатора для возвратного тока тоже должно сказаться - контур-то меняется. А HL этого не показывает.

Возможно, Вы правы. А как точно определить, сколько их надо? Буду рад узнать

Есть методики расчета от разных производителей. Например у Xilinx-a есть аппнот xapp623.pdf "Power Distribution System (PDS) Design: Using Bypass/Decoupling Capacitors" - общие рекомендации, расчет кол-ва и емкостей, рекомендации и примеры размещения... Аналогичный аппнот у Микрона имеется, наверняка и у других есть.

Спасибо, Uree. Почему-то мысль о даташитах приходит в голову последней

Общей "таблицы", конечно, нету, все всегда определяется в каждом конкретном случае. Зависит от скоростей сигналов в кристалле и их количества (функциональной заполненности в случае FPGA). Емкости должны компенсировать импульсные токи по питанию и необходимое количество и номиналы емкостей берутся исходя из этих требований. Посчитать точно довольно сложно, поэтому оценка как правило делается прикидочная и емкости ставятся с некоторым запасом. Хорошей практикой является использование референсных дизайнов - т.е. когда за основу берется реально проверенное решение.

Что касается конденсатора на каждую пару пинов питание/земля, то смысла в этом мало, т.к. реально большое количество этих пинов питания обусловлено необходимостью обеспечения малого импеданса (во всей полосе) от внешнего питания до внутреннего кристалла. Это достигается использованием параллельной подачи - или множественных пинов питания. На BGA с пинами не так тяжело как на QFP, поэтому там можно себе это позволить (отчасти поэтому и все скоростые кристаллы идут в BGA исполнении). Но на высоких частотах главным "кондесатором" является емкость между плейнами, которая хоть и небольшая, но обладает большой доброностью и очень малым ESR, остальные чипы ей только "помогают". При коротких импульсах тока он берется именно из этой емкости в первую очередь. Ставить конденсатор на каждую пару пинов питание/земля в полной мере имеет смысл только если плата не имеет плейнов питания (что для BGA вылгядит, мягко говоря, экстравагантно ).

Хотя "лишние" конденсаторы, конечно, не помешают, если есть возможность их поставить, то почему бы и нет. Но все же тут тоже надо подходить без фанатизма.

ЭЭэ, я немного другое имел ввиду, я говорил о том если опорный слой не меняется, например возьмем 4-х слойную плату: 1сл. сигнальный; 2сл. GND; 3сл. PWR; 4сл. сигнальный.
Если сигнал переходит со слоя 1 на слой 4, HL посчитает импенадс линии на слое 4 относительно слоя 3(PWR), но ведь реально нужно считать относительно слоя 2(GND), т.е получится что результат моделирования будет неверным?

Да, он посчитает импеданс трассы на 4-ом слое относительно PWR. Но ведь как правило импеданс между GND и PWR очень низкий (ИМХО, HL его просто предполагает нулевым) - обычно это обеспечивается многочисленными конденсаторами между GND и PWR. Кроме того - GND и PWR - плейны, у них есть и собственная взаимная емкость. Поэтому в моделях обычно полагают, что импеданс относительно PWR практически равен импедансу относительно GND. Но, ИМХО, в реальной топологии импеданс между GND и PWR в конкретной точке в определенное полосе может иметь заметное значение, и смена опорного слоя сигнала может иметь также заметные последствия. Вот этот момент при помощи HL "просечь" и не удается - ограничения модели. Меня особенно crosstalks напрягают - перекрытие обратных токов по опорному слою от двух рядом идущих проводников HL учитывается, а проход обратного тока через via или конденсатор - нет.

Спасибо за разъяснения, теперь понял.

Хорошей практикой является использование референсных дизайнов - т.е. когда за основу берется реально проверенное решение.

согласен с dxp

просто "блуждают" мысли, что примеров солидных производителей, которые поставили 0402 нету. Или есть референс с 0402 ? фото хорошего качества еще бы посмотреть

просто слова "мы сделали- работает" немного не впечатляют. Расширение элементной базы, "легкий напряг" для сборщика, ... А смысл когда по перимеру поставил и все работает.

Просьба авторитетно ссылаться на результаты моделирования только от брендов.

К сожалению, не имею права выкладывать дизайн наших коллег, где 0402 самый ходовой размер.
Dmitrij_80, а Вы можете подтвердить блуждания своих мыслей своими реальными платами? Где воткнуто с десяток 0603 по периметру и все работает?

Вот официальная картинка от Xilinx. Как видим, десятка кондеров по периметру не хватило. Да и понятно, что если пин питания в центре БГА, а кондер где-то снаружи, смысла в нем нету никакого

десяток - это я фигурально выразился. Даже не считал, .. А смотрел я на dev. board от стратикса 2. Там основная масса кондеров по периметру. То что плата работает не сомневайтесь.

Господа!
Вы все гадаете на кофейной гуще, в то время, как есть нормальный инструмент для моделирования питания - Specctra Quest PI - входит в состав Cadence SPB. HyperLynx тоже помнится обещал сделать Power Integrity. Чем гадать, возьмите инструмент и все посчитайте. Результаты проверены на практике.
От себя немного добавлю - используйте конденсаторы X7R и Y5V или спецконденсаторы для систем питания. Если интересно почему, ищите темы с моим участием. В одной из них объяснялось, почему именно так. Из фирм рекомендую Murata - наилучшие характеристики для питания (малый ESR и ESL) и есть библиотека моделей для SQ PI.

Paul, а Specctra Quest PI поддерживает другие САПР ? Проекты в Cadence для нас пока эпизодические.
По выбору кондеров - это у нас прерогатива заказчика, хотя рекомендации дать можно

Думаю, что нет. По крайней мере я об этой возможности не знаю. Можно конвертировать плату в формат Allegro и сделать все необходимое. Однако корректность такого пути не гарантируется.
Сейчас SQ PI называется "Allegro PCB PI Option XL" и является частью Allegro PCB Design. Отдельно этот инструмент не запускается.

не хотелось создавать тему, спрошу здесь.

Есть корпуса 0201 (конденсаторы). Хотесь бы узнать, как близко их можно ставить друг к другу, какая площадь должна быть "запретной". Что бы можно было их установить.

В каком стандарте можно почитать.

Спасибо!

Зависит от производства. При установке автоматом - от диаметра присоски.

Uree, а какие пределы?
Если ориентироваться на максимум.

Где будет делаться монтаж, пока не знаю.

Да я тоже не знаю пределов У нас элементы мельче 0402 не применяются, диаметр присоски 0,5 мм, зазор от центра площадки до края соседнего элемента 43 мила(1.05мм).
Узнавайте на каком производстве это будут делать, иначе гадание получается.

C 0201 - не пробовал, а с, скажем, 0402, близость ограничивается необходимостью наличия перемычки в паяльной маске. Обычно это 0.1 мм (хотя бывает больше и меньше, зависит от производителя). Учитывая зазор между падом и маской (скажем, 0.08 мм), получаем расстояние между краями падов 0.08х2+0.1=0.26 мм. Наше производство (автоматизированная сьорка) не возражает.

Uree, задал вопрос производству. Жду пока ответа.


Alex Ko, у меня скорее другая проблема. Как поставить эту мелюзгу между высокими элементами, что бы присоска до них добралась. Хотя как мне сказали, сначала ставятся низкие элементы, поэтому я зря может и волнуюсь. Но за ваши цифры спасибо . Возьму на вооружение.

у меня и место то есть, ставить больше корпуса. Да только вот заказчик комплектацию заказал уже.
вообще слабо представляю кондёр 0.6 х 0.3 мм.

Ладно кондер, вот когда ставишь логику в BGA размером то ли 0603 то ли 0402... Это просто цирк

Если не известно где, то лучше воспользоваться генератором ipc7351.
Там для трех вариантов монтажа. + свой добавить можно.
Если место позволяет лучше максимальным обойтись. А там пусть производство свои станки под этот стандарт подгоняет.

Уж лучше что-то чем ничего.

Хотя оптимум- сначала знать, где монтированть будут и там уже выяснять требования

Uree,

Владимир, да генератором воспользовался при нормальном варианте он даже предложил меньше чем я сделал. Т.е., по идее должно быть ок.

спасибо.

На счёт слоя питания: по высокой частоте питающий слой заземлён (керамическими блокировочными конденсаторами равномерно распределёнными по плате)