Autor Tema: Ruteo de alimentación a un LQFP  (Leído 2442 veces)

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Desconectado planeta9999

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Ruteo de alimentación a un LQFP
« en: 15 de Septiembre de 2018, 18:28:19 »
 
He visto este ruteo manual de alimentación a un microcontrolador LQFP, en una PCB de 2 capas, y me pareció interesante. Siempre ruteo los condensadores de desacoplo a mano, desde los pines del microcontrolador hasta el condensador, pero nunca me he preocupado de rutear a mano la alimentación de +3.3v a cada uno de los pines del microcontrolador. Todos mis diseños funcionan, pero creo que sería mejor cambiar al ruteo según la imagen adjunta.

Cuando hago un PCB de 4 capas, no hay problema, las 2 capas interiores son GND y + 3.3v. Pongo condensadores de desacoplo, añado dos vías pegadas al condensador, una a GND y otra a +3.3v, que conectan directamente a las capas internas de suministro, y ruteo a mano.

La cuestión es, ¿ Cuál es la forma ideal de rutear, en un PCB de 2 capas, el positivo de alimentación a un microcontrolador con multiples pines a positivo, como todos los LQFP100 y 144 ?

En la imagen adjunta, han trazado manualmente una pista gorda con los +3.3v hasta el centro del microcontrolador, en la capa bottom, añaden una especie de polígono (que no es tal, sino una pista que se cierra sobre si misma creando un rectángulo), y añaden vías en la capa Top, con pistas a cada pin de +3.3v del microcontrolador.

Dejando el ruteo de alimentación de los pines de microcontrolador, al autorouter, este va pasando el positivo de pin a pin, en vez de trazar pistas de un positivo común a cada pin, creo que no es lo ideal, aunque a mi no me ha dado problemas. A fecha de hoy, esto y el GND es lo único que le estoy dejando al autorouter, el resto lo ruteo a mano.



« Última modificación: 15 de Septiembre de 2018, 18:34:00 por planeta9999 »

Desconectado juaperser1

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Re:Ruteo de alimentación a un LQFP
« Respuesta #1 en: 16 de Septiembre de 2018, 06:40:57 »
Lo ideal son 4 capas, pero si no queda mas remefio que a dos, yo siempre intento respetar plano de gnd debajo y todo lo posible de vcc en top, obviamente no es posible, pero ya sabes, pines lo mas cerca posible de los  condensadores, pistas lo mas anchas posibles y cortas... Todo lo que te permita el rutado en las dos capas.
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Desconectado rusotech

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Re:Ruteo de alimentación a un LQFP
« Respuesta #2 en: 18 de Septiembre de 2018, 11:34:57 »
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Cuando hago un PCB de 4 capas, no hay problema, las 2 capas interiores son GND y + 3.3v. Pongo condensadores de desacoplo, añado dos vías pegadas al condensador, una a GND y otra a +3.3v, que conectan directamente a las capas internas de suministro, y ruteo a mano.

Tampoco es tan asi porque depende del tamaño del capacitor y de que tan cerca esten los pines de VCC y GND. El criterio es "minimo tramo de power/maxima area de masa". Es decir, hay que conectar el capacitor de forma de minimizar el largo del trazo desde VCC al pin y de caer al GND mas cercano y "amplio" que haya cerca. Para la mayoria de los efectos practicos, poner un capacitor al lado de cada VCC y bajar a un gran plano de GND siempre funciona, maximice si los capacitores se ponen debajo del CPU.

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La cuestión es, ¿ Cuál es la forma ideal de rutear, en un PCB de 2 capas, el positivo de alimentación a un microcontrolador con multiples pines a positivo, como todos los LQFP100 y 144 ?

En dos capas no la hay... cuando apareció el formato QFP se ideó para rutear en cuatro capas o mas. Las dos capas es para DIP40 en microcomputadoras de los años 80 con componentes through-hole. Podemos forzar la tecnologia en circuitos simples usando varios trucos.

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En la imagen adjunta, han trazado manualmente una pista gorda con los +3.3v hasta el centro del microcontrolador, en la capa bottom, añaden una especie de polígono (que no es tal, sino una pista que se cierra sobre si misma creando un rectángulo), y añaden vías en la capa Top, con pistas a cada pin de +3.3v del microcontrolador.

Dejando el ruteo de alimentación de los pines de microcontrolador, al autorouter, este va pasando el positivo de pin a pin, en vez de trazar pistas de un positivo común a cada pin, creo que no es lo ideal, aunque a mi no me ha dado problemas. A fecha de hoy, esto y el GND es lo único que le estoy dejando al autorouter, el resto lo ruteo a mano.

Hay algunas cosas a puntualizar sobre ese diseño:
  • El plano de VCC es casi irrelevante. El real problema es El plano de GND que esta totalmente descuidado
[li]El autoroute es la peor [/li][/list]
Código: [Seleccionar]
%$"·%·"&%$!"%%&&
    que se haya inventado. Solo recomiendo el autoroute de altium luego de haber pasado tres dias de configuración pista a pista de los constraints y un preruteo de las key-nets mas un trazado de preferred-areas previo... todo lo demas, es una perdida de tiempo y placas, al menos en diseños de alta velocidad (100MHz o mas)[/li]
  • Una arista de GND que queda en punta es un elemento radiante electromagnetico, especial para tener debajo de un chip sensible a esas cosas como lo es un CPU... los planos de masa van cerrados y si no se pueden cerrar se pasa un puente entre ambas caras, de preferencia bien grueso y con varias vias.
  • Las lineas de VCC tienen que ser lo mas anchas y cortas posibles terminando en un plano de power lo mas cercano que se pueda.
  • Las señales NO cortan planos de masa o VCC (que son lo mismo para las señales switcheadas a mas de 100KHz). Es preferible que no haya ningun plano de masa a que este cortado

Luego, en cuanto a constraints de power, yo lo que hago es usar el plano superior debajo del QFP como VCC y la parte de abajo del PCB completamente de plano de masa. De tener mas de un VCC uso la parte de arriba como un VCC, y hago planos concentricos para las alimentaciones extra sacandolas por un costado del QFP y poniendo el regulador lo mas cerca que puedo de este.

Como ejemplo, tomemos este PCB que es de una FPGA:


Si bien ahi tengo el plano de masa bastante descuidado (aunque no es problematico porque por arriba tengo puentes que alivian los cortes que hay por debajo) se puede apreciar como intercalo GND, con 1v2 con 3v3 y luego nuevamente un plano de GND dentro, todo esto, unido correctamente por el lado de arriba para darle continuidad a los planos.

Por supuesto, todas las recomendaciones que doy no implican que un diseño particular no funcione, pero son todas degradaciones en la inmunidad al ruido y la emicion de polucion electromagnetica que hace nuestro aparato.

Por ejemplo, en mi diseño del imxrt1021, las lineas de SDRAM, aunque tengan length tunning no matchean los 50 ohm de terminación requeridas (estoy en 120-150 ohm dependiendo de la tolerancia del fabricante) asi que no es de extrañar que el procesador al comunicarse con la memoria genere RF para que se escuche hasta en pluton...

Desconectado planeta9999

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Re:Ruteo de alimentación a un LQFP
« Respuesta #3 en: 19 de Septiembre de 2018, 08:03:27 »
Luego, en cuanto a constraints de power, yo lo que hago es usar el plano superior debajo del QFP como VCC y la parte de abajo del PCB completamente de plano de masa.

Eso pensé yo, lo único que para hacer llegar la pista de los 3.3v, solo podría entrar por las cuatro esquinas del LQFP, o desde abajo con una vía.


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Por ejemplo, en mi diseño del imxrt1021, las lineas de SDRAM, aunque tengan length tunning no matchean los 50 ohm de terminación requeridas (estoy en 120-150 ohm dependiendo de la tolerancia del fabricante) asi que no es de extrañar que el procesador al comunicarse con la memoria genere RF para que se escuche hasta en pluton...

Eso de los 50 ohm, no lo he considerado nunca. Con micro Cortex M4 a 180Mhz máximo, supongo que no era necesario, pero ahora con los RT1020 a 500Mhz, y con flash y RAM externa, supongo que hay que ir teniendo en cuenta estas cosas.

¿ Que usas para calcularlo ?, he estado mirando Eagle, pero no tiene nada. Por algún sitio leí que recomendaban usar Saturn, lo descargué, pero ni idea de como manejarlo.

Desconectado rusotech

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Re:Ruteo de alimentación a un LQFP
« Respuesta #4 en: 21 de Septiembre de 2018, 20:48:21 »
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¿ Que usas para calcularlo ?, he estado mirando Eagle, pero no tiene nada. Por algún sitio leí que recomendaban usar Saturn, lo descargué, pero ni idea de como manejarlo.

Para las cosas simples kicad tiene una calculadora de lineas de transmición, pero buscando en la web hay millones iguales online:


Desconosco EAGLE (lo he usado hace mucho, en su version gratuita y era bastante limitado) aunque veo que hay algunas cosas que faltan: https://forums.autodesk.com/t5/eagle-forum/impedance-calculation-in-eagle/td-p/7604126

Altium y PADs tienen eso de fabrica (Altium mucho mejor resuelto y pads poderoso pero muy caro y dificil de usar)

Ahora, para simulación de PCB a nivel de "realidad electromagnetica" (notar lo de -realidad-) el unico que conosco con las capacidades necesarias es Hyperlynx de mentor graphics: https://www.mentor.com/pcb/hyperlynx/

Es "relativamente" facil de usar y tiene modulos tan buenos como simulacion de patrones de SDRAM completo (SDR, DDR, QDR etc)

Hay otros a la misma altura de hyperynx pero son mas dificiles de usar y orientados enteramente al calculo de antenas antes que a ruteos de PCB de alta velocidad, pero todos se basan en lo mismo: Exportas el gerber desde tu programa de diseño, importas ese mismo gerber en hyperlynx junto con los modelos IBIS de cada componente (o alguno similar, incluso hay IOs TTL/CMOS/LVCMOS estandares que se pueden usar como aproximación) y largas la simulación. Varias horas despues (si es largo y prueba muchas cosas) termina con un reporte de crosstalk, ROE en lineas y skew de señales. El modulo SDRAM indica que lineas hay que corregir y con que parametros.

Para frecuencias del orden de 100-200MHz todavia no es necesaria tanta simulación (recien entra a salvarte en diseños con interfaces PCIe, DDR2/3 o cosas como USB3 y Eth10G)


Desconectado planeta9999

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Re:Ruteo de alimentación a un LQFP
« Respuesta #5 en: 21 de Septiembre de 2018, 22:12:54 »

Gracias por la información, a mi todo esto todavía me suena a chino, lo iré mirando poco a poco. Esperemos que los prototipos que he hecho funcionen, sin haber tenido estas cosas en consideración, aunque no hay SDRAM, solo SD y QSPI.