Diseño de PCB extraño para regulador de voltaje

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Estoy realizando ingeniería inversa en una placa que tiene un FPGA Xilinx Spartan 3E, con VCCAUX alimentado por un regulador de 2.5 voltios. A continuación se muestra el diseño de PCB para la parte del regulador del circuito, y algo me parece muy sospechoso.

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Mis disculpas por la horrible pixelación, esta fue la resolución más alta que pude obtener con el equipo que tenía disponible. De todos modos, el componente SOT23-5 etiquetado "LFSB" es un regulador de voltaje lineal LP3988IMF-2.5 de Texas Instruments . He trazado el siguiente esquema desde el diseño del tablero:

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Es posible que ya haya notado la fuente de mi confusión: no tengo idea de por qué habrían colocado una resistencia de 316 ohmios directamente a través de la salida de un regulador de 2.5 voltios. Todo lo que hace es desperdiciar 7.9 miliamperios. Parece que no puedo encontrar ninguna razón para hacer esto. Me pregunto si es una falla de diseño, y esa resistencia se supone que está conectada al pin PG en lugar de a tierra. Sin embargo, he verificado tres veces la PCB original, y definitivamente se conecta a tierra y el pin PG no está conectado a nada. Sin embargo, si se trata de un error, explicaría por qué usaron una traza separada en el lado bajo de la resistencia en lugar de conectarla al vertido de cobre que está allí. También me preguntaba si el regulador puede requerir una carga mínima para mantener una salida estable, pero ese no es el caso para este regulador. No hay requisitos mínimos de carga. También consideré la posibilidad de que tuviera la intención de mostrar VCCAUX más lentamente para fines de secuenciación para el FPGA, pero leer la hoja de datos tampoco parece encajar: no hay reglas estrictas de secuenciación para encender el Spartan 3E.

¿Alguien puede pensar en una razón por la cual alguien colocaría intencionalmente una resistencia de 316 ohmios directamente a través de la salida de un regulador de 2.5V? Pensé que podría ser una resistencia de purga para el condensador de salida, pero parece un valor demasiado bajo para eso.

EDITAR: Quizás esta información adicional ayude. La hoja de datos del Spartan 3E especifica para qué se utiliza el suministro VCCAUX:

VCCAUX: tensión de alimentación auxiliar. Suministra Digital Clock Managers (DCM), controladores diferenciales, pines de configuración dedicados, interfaz JTAG. Entrada al circuito de reinicio de encendido (POR).

DerStrom8
fuente
¿Estás seguro de que el extremo de esa resistencia está conectado a tierra? Ese regulador ni siquiera requiere ninguna carga mínima para mantenerse estable.
Brhans
Estoy absolutamente seguro de que el lado inferior de la resistencia está conectado a tierra. Se me olvidó mencionar que también había considerado los requisitos mínimos de carga, pero como han notado, eso no es aplicable para este regulador.
DerStrom8
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Sospecho que tiene que ver con que el regulador no proporcione ninguna protección de corriente inversa. Se elige empíricamente para que todos los condensadores conectados a la salida se descarguen más rápido de lo que se espera que caiga el voltaje de entrada durante un corte de energía.
El fotón
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@TimWescott No, el 2.5V SOLO va a los pines VCCAUX de la FPGA, y VCCAUX no se usa para alimentar E / S.
DerStrom8
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@Justme Sí, lo medí. El código en la resistencia es 49A. El estándar EIA-96 se utiliza para la codificación de resistencias SMD al 1%, que consta de códigos numéricos 1-96 seguidos de una letra, A / B / C / D / E / F / H / R / S / X / Y / Z. El código numérico indica el valor y la letra indica el multiplicador. En este caso, "49" corresponde a "316" y "A" corresponde a un multiplicador de "1". Por lo tanto, el valor es 316 * 1 = 316 ohmios.
DerStrom8

Respuestas:

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Hubiera hecho el mismo diseño para reducir el error de regulación de carga dinámica y estática.

Los detalles de las razones son evidentes en la hoja de datos.

  • mire el error de regulación de carga dinámica y el error de regulación del paso de entrada.

  • Solo puedo adivinar qué presupuesto de error tenía en mente el diseñador, pero es común que cada LDO tenga las respuestas anteriores, aunque este FET LDO es una baja potencia excepcional y un voltaje de caída.

    • Error de 5 mV {paso de entrada = 0.6V} con carga de paso de 1 mA, error de 200 mV con carga de paso de 150 mA *
    • el error de regulación de carga estática solo se clasifica por encima de 1 mA como 0,007% / mA. Esto implica que es peor por debajo de 1 mA y mejora con una carga ficticia de 7.6mA para satisfacción de los diseñadores. También mejora el error de regulación de carga de pasos dinámicos anterior. *

Este 1 mA garantiza el tiempo de caída de la unidad Gate para acelerar la respuesta. 7.6mA es aún mejor con rendimientos decrecientes por encima de esto.

  • El error de regulación de carga estática solo se debe a RdsOn del PFET utilizado en el LDO dividido por su ganancia de bucle interno. Esto es cierto para cualquier regulador de voltaje, ya sea FET o BJT. Pero la ganancia de bucle infinito puede aumentar los errores de estabilidad o más timbres, bajo ciertas condiciones de carga (ESR, C), por lo que es finito.

¿Sospechoso? De ninguna manera

Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
fuente
66
Tú también obtendrás más experiencia. Tengo 40 años de esto.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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O piense en la carga escalonada como un sumidero de corriente escalonada y el LDO como una fuente de voltaje con algún límite de GBW. esto SIEMPRE limita la velocidad de rotación en cualquier unidad lineal e incluso la carga de conducción pF de Logic IC. Este retraso o velocidad de respuesta en la retroalimentación de error produce el error +/- falla en el voltaje de salida que aumenta + o baja la corriente de carga. Esta es una prueba de estabilidad estándar para cualquier regulador de voltaje. A MENUDO HECHO en un 10% a 100% a 10% para dar mejores resultados que 0 a 100%. Entonces precargue si su carga real es 0 estática y alta dinámica.
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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dependía de los factores de cresta actuales de la aplicación y la carga de estado estable (uA). no hay un número mágico en la hoja de datos, pero habría considerado el 5% de la corriente nominal máxima como precarga como punto de partida y luego confirmaría todas las fuentes de error de regulación (estática, fuente de pasos V y carga de pasos I) para obtener una con el mejor margen de variación en parte GBW. Esta es una preocupación obligatoria para los móviles con baja potencia de Rx y alta potencia de Tx, pero minimiza la energía desperdiciada para lograr la estabilidad de RF durante la explosión de portadora ENCENDIDA. parece que el diseñador tiene la misma sabiduría, ya que el 5% de 150mA es ¿qué?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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@ SunnyskyguyEE75 "Error de 5 mV con carga de paso de 1 mA, error de 200 mV con carga de paso de 150 mA" - Puedo ver la respuesta de carga de paso de 150 mA en la figura 15/16 de la hoja de datos, pero ¿dónde encuentra la respuesta de carga de paso de 1 mA de error de 5 mV? He revisado la hoja de datos, pero parece que no puedo encontrarla ...
marcelm
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Good Eye @marcelm En realidad era 9.2.3 línea en el paso +/- 0.6V luego "error de 5mV con carga de 1mA,
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75
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Como ya sugirieron algunos otros comentarios, la resistencia de 316 ohmios se coloca allí para permitir que el circuito regulador de voltaje tenga alguna capacidad de absorber algo de corriente en el caso de que el riel de 2.5V tenga alguna fuga de un riel de mayor voltaje. Esa fuga típicamente provocaría que la salida del regulador se apagara y se elevara y llegara a un voltaje más alto. Un diseñador realiza una compensación de diseño entre cuánta capacidad de sumidero permitir y la cantidad de carga adicional que la resistencia coloca en el regulador de voltaje.

Pueden existir condiciones de fuga durante la secuencia de encendido y apagado de dispositivos semiconductores complejos y la capacidad del sumidero puede ser importante para mantener las cosas bajo control.

En algunos casos, el regulador de voltaje puede tener una característica llamada bloqueo de sobrevoltaje que apaga el regulador si la salida aumenta demasiado. Esto puede ser perjudicial para la operación del sistema, especialmente si el pin indicador de buena energía (PG) se controla para controlar una cadena reguladora de voltaje en una placa compleja. La resistencia de sumidero actual puede desempeñar un papel de prevención de un apagado inesperado debido a una pequeña cantidad de fugas en un riel en particular.

Michael Karas
fuente
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No estoy convencido de que la resistencia esté conectada a tierra. He etiquetado las partes y el cobre se vierte según su circuito de "ingeniería inversa".

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Si R14 estaba conectado a tierra, ¿por qué se desperdiciaría una vía cuando hay GND vertido justo al lado? ¿Cómo probaste que estaba molido? ¿acabas de zumbar entre líneas? Existe una gran posibilidad de que haya un LED a tierra colgando de esa vía. Esto proporcionaría una indicación visual de que 2.5V está alimentado y una resistencia alrededor de 316R estaría bien para un LED ROJO / AMARILLO / VERDE (4mA). Esto también daría la "indicación" de un corto si lee mal un DMM o depende de los detalles del DMM.

https://reference.digilentinc.com/_media/s3e:spartan-3e_sch.pdf Este es un diseño de referencia para un Spartan 3E. Hay una carga de 2k2 en el regulador de 2.5V pero también un LED apagado en el 3v3. Esto podría ser para proporcionar algo de amortiguación al circuito aguas abajo

JonRB
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If R14 was grounded, why would a via be wasted when there is GND pour right next door to it.También mencioné esto en mi publicación original. Tampoco tenía sentido para mí. How did you test it was ground? did you just buzz between lines?Medí entre múltiples puntos de tierra conocidos, en modo de resistencia, modo de continuidad y modo de diodo. El modo de continuidad y resistencia muestra 0.2 ohmios y el modo de diodo muestra 0 voltios, lo que indica un corto claro. There is a very high chance there is an LED to ground hanging off that via.No hay LED en esta placa. 2.5V solo se conecta a FPGA VCCAUX
DerStrom8
¿Podría la vía conectarse a un terreno diferente? ¿Quizás va a AGND cuando el vertido al lado sea DGND, o algo así?
Hogar
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@Hearth sería una decisión increíblemente mala (pero posible ...). Los terrenos divididos son cosa del pasado PERO lo que es más importante, la corriente quiere volver a su origen, que está cerca del pin2 de U4. Siempre piense en el camino de regreso
JonRB
@ JonRB No sé mucho sobre diseño digital de alta velocidad, así que solo estoy haciendo una suposición. No me pareció una elección sensata, pero tampoco lo agrego a través de.
Hogar
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¿Es eso un PCB de múltiples capas o qué hay detrás de eso?
Eckes