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[参考译文] TLV3502-Q1:关于 TLV3502-Q1#39;s PCB 布局

Guru**** 668880 points
Other Parts Discussed in Thread: TLV3502, TLV3501, LMH7220
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/amplifiers-group/amplifiers/f/amplifiers-forum/789198/tlv3502-q1-about-tlv3502-q1-s-pcb-layout

器件型号:TLV3502-Q1
主题中讨论的其他器件:TLV3502TLV3501LMH7220

尊敬的 TI 专家:

在我的设计中、TLV3502的输出被馈送到 FPGA。 为方便起见,我想设计2块 PCB 和 TLV3502,FPGA 位于单独的电路板上,如图1所示。 两个电路板都通过引脚接头进行连接。如您所见、在 PCB1上、TLV3502的输出引脚到引脚接头为25mm。 引脚排针 尺寸为10mm、如图2所示。 在 PCB2上、 引脚接头与 FPGA 的重新调整引脚之间的距离约为25mm。 两个 PCB 上的布线宽度均为10mil。 TLV3502的工作频率较低。 我想知道 整个布线下方的接地平面, 这总的60mm 距离是否太长以至于 TLV3502无法正常工作? 此外、我是否应该在 TLV3502相关布线的层上使用接地填充?  

图1.

此致

亚涛

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    Yatao 您好、

    您说 TLV3502的工作频率很低。 这到底意味着什么? 那么、您为什么要使用快速比较器?

    嗯、即使比较器的输入信号可能很慢、TLV3502的输出信号也不会很慢。 TLV3502将在其输出端产生步进边沿、这可能会导致高浪涌电流脉冲进入负载电容和杂散电容。 因此、最好在 TLV3502的输出端使用隔离电阻器来限制这些浪涌电流。

    接地填充。 在 HF 电路中、有经验法则:接地越多越好...

    Kai
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    尊敬的 Kai:

    感谢你的帮助。

    实际上、TLV3502的工作周期不超过10kHz、 并且需要在每个周期的4个时间点进行切换。 以10kHz 为例、如图1所示、在每个 RIOD 期间、它需要在0.1us、0.15us、50us 和50.05us 下工作。

    我之所以必须采用高速比较器、是因为它们的延迟对我来说至关重要。 我需要一个延迟与 possile 一样小的比较器。

    只需确认一下、您的意思是 TLV3502可以通过25mm 长的10mil 宽迹线连接到接头引脚、长度为10mm、然后移动到另一个 PCB 以将另一个25mm 的迹线连接到 FPGA?

    图1.

    此致

    亚涛

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    Yatao 您好、

    好的、如果比较器延迟是一个问题、则需要采用快速比较器。 明白了!

    我会将 TLV3501到 FPGA 的输出信号线的长度减小到最大值。 我要插入一个尽可能高但尽可能低的隔离电阻器、以避免与 FPGA 输入的负载和杂散电容相结合、产生不必要的延迟。 隔离电阻有多大用处、只能通过反复试验找到。

    Hhm、如果 TLV3501的输入信号的频率比 TLV3501的输出信号低得多、为什么不将 TLV3501置于 PFGA 输入旁边?

    Kai
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    尊敬的 Kai:
    我不打算将 TLV3502放置在 PCB2上的 FPGA 附近、因为将要与 TLV3502的基准电压进行比较的信号移动到 PCB2确实不方便。
    Kai、我目前的配置、电阻器连接到 TLV 的输出、这是否存在一个大问题? 或者、它可以正常工作、没有什么大不了的?

    此致
    亚涛
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    Yatao 您好、

    试试吧。 我看不到更大的问题。 但是、如果我的手指之间没有电路、我无法说更多...

    将信号接地布置在连接器中输出信号旁边! 向左和向右移动。 这将屏蔽输出信号的某个位、并在输出信号旁边提供接地返回电流路径。 这可最大限度减小环路面积、并大幅降低 EMI。

    Kai
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    尊敬的 Kai:
    实际上、您的"在连接器内的输出信号旁边路由信号接地! 向左和向右移动。 ”我真的很困惑,我不知道这句话的意思。

    此致
    亚托
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    Yatao 您好、

    该连接器似乎具有多个引脚。 将输出信号引脚的相邻引脚连接到信号接地。

    Kai
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    您好 Kai
    谢谢、我看到了!
    我认为您只是关注运算放大器、但您也是比较器方面的专家!

    此致
    亚涛
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    Yatao 您好、

    是的。 您应至少使用受控阻抗线、这至少是在接地层上运行的特定宽度的布线。 Google"微带"。

    正如 Kai 所说的那样、当对连接器进行转换时、在信号线路的任一侧运行一条接地线-就像旧的 IDE 电缆一样。 50欧姆是重负载。 您可以使用200欧姆的迹线、并在接收端使用200欧姆的电阻器进行端接

    您的 FPGA 能否接受 LVDS 输入? 您可能希望切换到 LMH7220、这种方法速度更快(3ns)、并且具有真正的差分 LVDS 输出、可在整个距离内提供更清晰的信号。 LMH7220数据表还提供了有关高速 PCB 布线("微带"与 "带状线")。

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    尊敬的 Paul:
    感谢您的建议。
    但我怀疑微带技术实际上会调节布线宽度、以使其阻抗适应所需的值。 在我的示例中、连接实际上由3个部分组成- PCB1上的布线、接头引脚连接和 PCB2上的布线。 我不确定在这种情况下是否可以应用宽度计算。

    此致
    亚涛
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    Yatao 您好、

    PCB 上的布线宽度可在 PCB 布局期间进行控制。 更先进的 PCB 制造商会将布线宽度调整为所需的阻抗值、但这对于该应用来说是过分的。 您主要希望通过尝试保持恒定阻抗来减少可能使接收波形失真的振铃和反射(不一定是完美的、±20%的变化可能是可以的)。

    当您通过连接器进行转换时、将始终存在"不连续性"、除非它们是专门针对特定阻抗下的射频而设计的。 您最好使用引脚间距接近 PCB 布线到接地层距离的连接器。

    您是否考虑使用更小间距或更短的连接器? 0.1"接头来自20世纪70年代的1MHz 时钟天。

     https://www.digikey.com/en/resources/connectors/rectangular-connectors

    TLV3502输出具有1.5ns 的 RiseTimes、因此应将其视为250MHz 射频信号。 需要记住的关键是、接地电流将直接在信号布线下方返回、因此不应在端点之间断开或转移布线下方的接地。 接地线迹的宽度应至少为信号线迹宽度的3倍。

    因此、在一个不间断的接地上以计算得出的布线宽度运行布线、并在接收端放置一个等于布线阻抗的端接电阻器。 您可能希望在输出端直接串联一个电阻器、以便调整端接以获得最佳波形形状。

    PCB 带状线布局和接头选择超出了此论坛的范围-因此我们在这里不能提供更多帮助。  但网络上有许多 PCB 资源、许多 PCB 布局工具会在给定所需阻抗、层间距和介电常数时计算适当的布线宽度。  谷歌"微带计算器"、您会发现很多。 PCB 的介电常数可从 PCB 制造厂家获得(对于普通 FR-4、通常约为4)。

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    尊敬的 Paul:
    Thx。
    我将使用受控阻抗、但我没有找到任何适合 PCB 应用的具有30个引脚的射频连接器。 因此、我将在我的帖子中使用接头引脚。

    此致
    亚涛
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    Yatao 您好、

    在电子产品中、通常不是要让事情变得完美、而是要优化情况、通过合理的努力获得最佳效果。

    因此、在任何情况下、直接在 TLV3502的输出端使用隔离电阻器。 如果需要、请调用该电阻器串联端接电阻器。 即使走线和连接器引脚特性阻抗的端接不完美、该隔离电阻器也将极大地帮助抑制谐振和回波。 我将使用51R 作为起点、并在可能的情况下增大它。

    下一个优化是在同一层内的接地平面中嵌入信号布线、并将信号布线布置在另一个接地平面上。 尝试提供该微带线路的特性阻抗、该阻抗与隔离电阻器一样高。 或者换句话说、如果 TLV3502输出端的隔离(端接)电阻器为51R、则尝试布线51R 微带线路。 在 FPGA 板上使用相同的微带线。

    幸运的是、您不需要在靠近 FPGA 的信号线路末端使用并联终端电阻器。 这可能只在要求非常苛刻的应用中需要。

    当然、连接器会引入特性阻抗不平衡或不连续性。 但连接器引脚相当短、这可能不会产生相关影响、尤其是在使用上述建议的隔离电阻器时。 该电阻越高、振铃和回声问题就越低、但不需要的比较器延迟也就越高。 来看看吧!

    Kai

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    尊敬的 Kai:

    你很好、很专业、很有耐心、我很感动。

    如下图所示、R1是串联电阻器、R2是并联电阻器?

    这是否会带来幅值按比例 R2/(R1+R2)缩小的信号?

    此致

    亚涛

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    Yatao 您好、

    是的、特征阻抗 macing 理论表明、在传输线路两端使用端接时、信号恰好减半。

    在下面的中、您可以看到正确和不正确驱动传输线路时的阶跃响应仿真:

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    在所有这些仿真中、假设传输线的长度为100R 和60mm。 电压发生器的源电阻为零、上升和下降时间为1.5ns。 (但请记住、TLV3502的源电阻约为50R。) 10pF 电容是假设的 FPGA 输入电容。

    当然、这些仿真是对电路中实际发生的情况的理想化。 但它们表明最终可以省略 R2。 在任何情况下、使串联端接电阻(TLV3502加 R1的50R 源电阻)等于传输线路的特性阻抗。 当您增加串联端接电阻时、整个东西看起来更像一个低通滤波器、而当您降低串联端接电阻时、您将受到振铃的影响。 应避免振铃、因为振铃可能会打开 FPGA 输入端的保护二极管并导致许多问题。

    Kai

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    尊敬的 Kai:
    您知识渊博、热情! 再次感谢你们不遗余力地帮助我。 ^。^
    我很好奇、从技术上讲、是否存在有关高速运算放大器和比较器的问题、这些问题可能会影响到美国。^^

    此致
    亚涛