Вопрос про паразитные ёмкости и индуктивности в двухслойной плате.

[Ives555]

Приветствую участников форума.
Я сейчас делаю разводку платы вот этого активного фильтра на ОУ в программе Sprint-layout.
Известно что дорожки между компонентами должны быть как можно короче. Чтобы добиться этого я решил использовать smd резисторы.
Я сделал земляной полигон на нижнем слое платы. Все дорожки и питания в том числе и все smd компоненты я разместил на верхнем слое платы.
Получается что земляной полигон образует через слой текстолита ёмкость со всеми дорожками на верхнем слое. Она очень небольшая, это понятно. Но всёже насколько это критично?
Я читал что нужно под дорожками, которые идут к неинвертирующим входам ОУ удалять часть земляного полигона чтобы убрать ёмкость.
Ещё есть информация что дорожки к входам ОУ должны быть очень тонкими.
Насколько вообще тут надо заморачиваться? Что является самым критичным и важным?

[willowasbest]

Посмотрите в этой теме архив, может будет понятно https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post2695755

[EDDiE]

Необязательно высокочастотные, с низкочастотными монолитными IC тоже бывают проблемы

[Pest]

Ведь ОУ не имеет какой-то отдельный специальный вывод только для земли питания.

Этим выводом является средняя точка (земля) источника питания. По переменному току эта точка будет находится на локальных конденсаторах питания расположенных рядом с каждым ОУ (начиная с частот определяемых их емкостью и импедансом со стороны источника питания). У вас на схеме этих важнейших компонентов нет.
Кроме ёмкостей, на практике скорее всего будет не плохо и удобно добавить на плату линейные стабилизаторы.

---------- Сообщение добавлено 01:18 ---------- Предыдущее сообщение было 01:04 ----------

Необязательно высокочастотные, с низкочастотными монолитными IC тоже бывают проблемы

Я не очень разбираюсь в конструировании микросхем, но видимо по такому механизму сгорают приборы где в ненужных местах есть лишние индуктивности (проводников) и достаточные токи с резкими их перепадами. Например в микросхемных усилителях в конструктиве а-ля "электролиты питания на соседней плате или на проводках или просто мало кондёров и/или нет выходной RLC", когда при выдаче в нагрузку большого импульса срабатывает защита резко отключающая выходной каскад...

[Ives555]

Этим выводом является средняя точка (земля) источника питания. По переменному току эта точка будет находится на локальных конденсаторах питания расположенных рядом с каждым ОУ (начиная с частот определяемых их емкостью и импедансом со стороны источника питания). У вас на схеме этих важнейших компонентов нет.

Если важным является именно то что происходит по переменному току, то Получается что тогда надо ставить впритык к каждой микросхеме конденсатор питания не 0,1 мкф как обычно делают, а 1-1,5 мкф ( ну и параллельно ему керамический малой ёмкости) чтобы небыло зависимости от частот.

[Alex]

Получается что тогда надо ставить впритык к каждой микросхеме конденсатор питания не 0,1 мкф как обычно делают, а 1-1,5 мкф ( ну и параллельно ему керамический малой ёмкости)

Лучше впритык ставить керамический, 4.7-20мкф, а неподалеку - элеткролит.

[dortonyan]

Вот например в этой схеме я обозначил 7 точек соединения элементов с землёй. Как здесь возможно отделить сигнальную землю от земли питания? Ведь ОУ не имеет какой-то отдельный специальный вывод только для земли питания.Вложение 441898

Этим выводом является средняя точка (земля) источника питания. По переменному току эта точка будет находится на локальных конденсаторах питания расположенных рядом с каждым ОУ (начиная с частот определяемых их емкостью и импедансом со стороны источника питания). У вас на схеме этих важнейших компонентов нет.

Для данной схемы все 7 точек нужно сводить в одну. Это единственно правильный вариант, если нужно развязать сигнальные токи от силовых. Причем, где именно соединять эту точку с полигоном - для данной схемы не принципиально.
Землить на "среднюю точку" питания имеет смысл только в случае наличия выходной опорной земли.

Лучше впритык ставить керамический, 4.7-20мкф, а неподалеку - элеткролит.

Плюсую. И дополню - керамику X5R/X7R 0603 или 0805 типоразмера.
Но это в общем случае. А в частных - могут быть варианты.

[Alex]

X5R/X7R 0603 или 0805 типоразмера.

А то и 1206.

P.S. Тебе и многим не нужно, но остальным я все-же напомню три вещи:

а) Y и Z керамика к использованию непригодна. Вообще.

б) Выбирая размер (0603/0805/1206), имейте ввиду что чем он больше, тем ниже рабочие частоты, но зато и выше номинальное напряжение, при той-же емкости (см. след. пункт!), или выше емкость, при том-же напряжении.

в) У Х-керамики есть зависимость емкости от приложенного напряжения, причем сильно зависящая от производителя/серии, но которую не все производители указывают в ДШ.

Как правило, чем выше размер, тем выше номинальное напряжение.
Чем реальное напряжение меньше номинального, тем меньше падение емкости.
Поэтому надо смотреть, а то может получиться что поставить на 5в питание кондер 0805 10мкФх16в лучше чем 0805 33мкФх6.3в. Так как от второго там останется хорошо если 3-5мкф, а от первого - есть шанс что останется микрофарад 7-8.

(вообще уже есть и Х5R 100.0х6.3 в 0805, и 10.0х50в, но цена, особенно первых, и доступность в рознице, пока оставляют желать лучшего...)

[domician]

Ives555, я не знаю, что такого надо сделать, чтоб данная схемка не работала с полпинка. Хоть на односторонней платке, хоть навесным монтажом.
opa2134 и ne5532 самое то. Только в случае ОУ на биполярных транзисторах, как писал раньше, R2,3,8,9 в несколько раз меньше и С1,2 во столько же раз больше.

[dortonyan]

в) У Х-керамики есть зависимость емкости от приложенного напряжения, причем сильно зависящая от производителя/серии, но которую не все производители указывают в ДШ.

Кстати, я до недавнего времени полагал что набор графиков на все партнамберы емкостей делает только тайо.
А оказалось, что сейчас почти у каждого производителя есть интернет-ресурс с поиском по партнамберу и выводом всех хар-к, в том числе графиков C/V.

Поэтому надо смотреть, а то может получиться что поставить на 5в питание кондер 0805 10мкФх16в лучше чем 0805 33мкФх6.3в.

В пределах одной серии такого конечно не будет (и в пределах разных серий тоже на вряд ли), а так да, лучше сравнить по графикам C/V.
Я сколько не сравнивал, всегда получалось, что чем больше номинал - тем больше емкость. Ну или как минимум не меньше.

[Alex]

Ну или как минимум не меньше.

В примере выше - у 10мкф напряжение 16, у 33мкф - 6.3в.
Питании 5в, у первого это 31% , а у второго - 80% от номинала.
Глянул в первый попавшися ДШ от Мураты - при 30% напряжения, падение емкости на 20%, при 80% напряжения - падение на 65%.
Т.е. у первого от 10мкф останется 8мкф, а у второго 11.5мкф. Да, ты прав, тут действительно у второго чуть больше.
Я не совсем корректный пример взял
Но если бы я взял не 33.0х6.3 а 20.0х6.3, то у него осталось бы 7, т.е. меньше чем у первого.
Или первый взять не на 16 а на 25в - тогда упадет лишь на 10%, и тоже у второго меньше чем у первого, несмотря на втрое большую номинальную емкость.

Но с другими сериями может быть по другому, например глянул в еще один ДШ - там при 80% напряжения падение уже всего 40% а не 65, т.е. намного лучше. Но может быть и наоборот - помнится где-то было что при 80% напряжения емкость падало тоже на 80% (т.е до 20% от номинала).

[Pest]

Если важным является именно то что происходит по переменному току, то Получается что тогда надо ставить впритык к каждой микросхеме конденсатор питания не 0,1 мкф как обычно делают, а 1-1,5 мкф ( ну и параллельно ему керамический малой ёмкости) чтобы небыло зависимости от частот.

Да, 0,1мкф в питании по большей части это инженерный стереотип давних времён, когда кроме керамики в 0,1мкф могло быть еще и просто отсутствие керамики вообще Если речь про обычные звуковые схемы.
Использую в этих местах конденсаторы 4,7мкФ/50В X7R в корпусе 1206 в связке с электролитом не менее 100-220мкФ. На звуковых частотах путь протекания тока тоже важен. Так же стараюсь использовать резисторы/индуктивности/ферритовые бусины чтобы "отделить" общую шину источника питания от локальной связки ОУ+локальная керамика и электролит. Это уменьшает эффективную площадь контура протекания тока, проникновение в схему шума и помех от источника питания, а так же уменьшает взаимное проникновение сигналов/помех от одной части схемы к другой по общим шинам питания.
Выбор номиналов этих компонентов зависит от импеданса нагрузки ОУ, размаха и частотного диапазона сигнала на его выходе и желаемой меры достаточности (на самом деле от желаемого "видимого" со стороны ОУ импеданса шины питания в зависимости от частоты и желаемой меры уменьшения эффективной площади контура протекания тока на НЧ, а так же от желаемого результирующего PSRR питаемого узла).

Для данной схемы все 7 точек нужно сводить в одну. Это единственно правильный вариант, если нужно развязать сигнальные токи от силовых. Причем, где именно соединять эту точку с полигоном - для данной схемы не принципиально.
Землить на "среднюю точку" питания имеет смысл только в случае наличия выходной опорной земли.

Дело в том что на схеме не указана восьмая точка, это вывод 0В источника питания. То, что я назвал "средней точкой". А ведь в нее и из нее будут течь почти все токи в т.ч. сигнальные входные и выходные (если конечно не обеспечить достаточную локальную развязку питания, которой на схеме тоже нет). То, что все точки в конечном счете должны быть друг с другом связаны, само собой разумеется. Но не уверен, что точно понял, что имеете ввиду.
Я держу в голове концепцию когда полигон используется как земля питания/локальных развязок и помеховая для протекания синфазных токов в связке с отдельной сигнальной/опорной землей, которая подсоединяется к полигону в одной точке.

а) Y и Z керамика к использованию непригодна. Вообще.

б) Выбирая размер (0603/0805/1206), имейте ввиду что чем он больше, тем ниже рабочие частоты, но зато и выше номинальное напряжение, при той-же емкости (см. след. пункт!), или выше емкость, при том-же напряжении.

в) У Х-керамики есть зависимость емкости от приложенного напряжения, причем сильно зависящая от производителя/серии, но которую не все производители указывают в ДШ.

X керамика тоже обладает нехорошими эффектами хоть и в меньшей степени чем Y и Z. Я бы предпочел по возможности не гонять по ним токи ЗЧ на тех частотах, где емкостной импеданс кондера перестает быть околонулевым. По этому вдобавок к керамике нужен электролит или низкий импеданс источника питания на ЗЧ. Но если использовать разделяющие резисторы/индуктивности между локальными развязками и источником питания (что полезно при использовании общих шин питания на несколько нагрузок), то без электролита не обойтись.

Для ОУ почти в любых корпусах индуктивность бондинга и неизбежного контура протекания тока ОУ-нагрузка-конденсатор будет больше чем у 1206 конденсатора. Чаще даже индуктивность просто бондинга скорее всего будет больше. Действительно лучше ставить керамику в корпусе по больше и получить больше ёмкости при заданном напряжении.

Offтопик:

я не знаю, что такого надо сделать, чтоб данная схемка не работала с полпинка. Хоть на односторонней платке, хоть навесным монтажом.

В принципе так и есть, но изначальный вопрос в заголовке темы кмк немного в другом! Да и вообще о тех вещах что тут обсуждаются нормальной информации не так много, я надеюсь не только автор ветки прочтёт.

[dortonyan]

Дело в том что на схеме не указана восьмая точка, это вывод 0В источника питания. То, что я назвал "средней точкой". А ведь в нее и из нее будут течь почти все токи в т.ч. сигнальные входные и выходные (если конечно не обеспечить достаточную локальную развязку питания, которой на схеме тоже нет). То, что все точки в конечном счете должны быть друг с другом связаны, само собой разумеется. Но не уверен, что точно понял, что имеете ввиду.

А эта точка не является сигнальной, это силовая земля. И ее потенциал относительно потенциала сигнальной земли не имеет практического значения. Поэтому куда она подключена не особо важно.
Все равно по переменному току у каждого ОУ свои локальные шунты питания и своя силовая земляная мекка.

Я держу в голове концепцию когда полигон используется как земля питания/локальных развязок и помеховая для протекания синфазных токов в связке с отдельной сигнальной/опорной землей, которая подсоединяется к полигону в одной точке.

Ну так и есть. Вот те 7 точек объединяются в одну и соединяются с общим полигоном в одной точке. Такое соединение звездой обеспечивает отсутствие разности потенциалов между сигнальными землями.
А потенциал относительно силовой земли уже не важен, до определенной величины. Задача сплошного полигона как раз минимизировать разницу потенциалов между всеми землями.

[Ives555]

Вот те 7 точек объединяются в одну и соединяются с общим полигоном в одной точке. Такое соединение звездой обеспечивает отсутствие разности потенциалов между сигнальными землями..

Если я правильно понял можно на верхнем слое платы, там где дорожки, соединяющие все компоненты сделать эту земляную звезду и через сквозное отверстие в одной точке соединить центр этой звезды с нижним сплошным полигоном? И вход земляной в схему и выход из неё тянуть только из этой одной точки?
Если же сделать звезду на нижнем слое- то сплошной полигон ведь уже не получится так как там уже будут разрезы идти.

[dortonyan]

Если я правильно понял можно на верхнем слое платы, там где дорожки, соединяющие все компоненты сделать эту земляную звезду и через сквозное отверстие в одной точке соединить центр этой звезды с нижним сплошным полигоном? И вход земляной в схему и выход из неё тянуть только из этой одной точки?

Да, примерно так.

[Pest]

А эта точка не является сигнальной, это силовая земля. И ее потенциал относительно потенциала сигнальной земли не имеет практического значения. Поэтому куда она подключена не особо важно.
Все равно по переменному току у каждого ОУ свои локальные шунты питания и своя силовая земляная мекка.

Об этом я и говорил, сетуя на то что у топикстартера на схеме этих шунтов нет. Для опытных это само собой разумеющееся, но для тех кто только начинает разбираться лучше бы эти точки добавить для понимания путей возвратных токов.

Offтопик:
Однако если углубляться и посмотреть распределение путей протекания тока в зависимости от частоты и нагрузки ОУ при типовых значениях емкостей в 100-220мкФ и обычной схемой общих шин питания можно сказать что часто емкости будет слишком мало, а импеданс шины питания видимый со стороны связки ОУ+локальная развязка слишком низкий на ЗЧ, чтобы считать ноль источника питания совсем не сигнальной точкой.

[dortonyan]

Для опытных это само собой разумеющееся, но для тех кто только начинает разбираться лучше бы эти точки добавить для понимания путей возвратных токов.

Для начинающих тем более не нужно. Силовые и сигнальные токи следует рассматривать по отдельности. Если сигнальная земля сделана правильно, то возвратные силовые токи ни на что не влияют: как и куда они текут не имеет значения.
Для самих силовых токов важен только контур через шунты, который так же следует рассматривать отдельно от сигнального контура.

Однако если углубляться и посмотреть распределение путей протекания тока в зависимости от частоты и нагрузки ОУ при типовых значениях емкостей в 100-220мкФ и обычной схемой общих шин питания можно сказать что часто емкости будет слишком мало, а импеданс шины питания видимый со стороны связки ОУ+локальная развязка слишком низкий на ЗЧ, чтобы считать ноль источника питания совсем не сигнальной точкой.

Еще раз: колебание потенциала нуля питания относительно сигнальной земли ни на что не влияет (для ОУ это синфазный сигнал). Зачем его рассматривать вместе с сигналом?

Конечно бываю случаи, когда опорную сигнальную землю нужно соединять именно на мекку шунтов питания, но это относится к силовым схемам: усилитель мощности, dc-dc преобразователь и т.п. Т.е. к таким, где в общем полигоне могут возникать существенные возвратные токи.
Вот тогда, чтобы не гонять амперные токи по всему полигону, нужно включать сигнальную землю и входные/выходные сигналы на мекку шунтов питания. Т.е. это вопрос больше конструктивный.
А для малосигнальных схем, типа сабжевой - можно не обращать внимания. Есть вход/выход ОУ и есть опорная сигнальная земля, относительно которой на входе/выходе ОУ будет линейный сигнал. Все.

[Alex]

А для малосигнальных схем, типа сабжевой - можно не обращать внимания

Это только пока в THD/IMD только 2 нуля после запятой. а когда 3-4 - уже на все надо обращать внимание.

[dortonyan]

Это только пока в THD/IMD только 2 нуля после запятой. а когда 3-4 - уже на все надо обращать внимание.

Ну в данном случае место подключения сигнальной земли даже на 5 нулей после запятой не повлияет.
И вообще, по моему опыту на формальные замеры оно как раз влияет меньше всего. Можно тупо подключить все сигнальные земли абы где на общий полигон и получить кучу нулей.

[Alex]

Можно тупо подключить все сигнальные земли абы где на общий полигон и получить кучу нулей.

Если они сами, эти "сигнальные земли", разведены праивльно.

[dortonyan]

Если они сами, эти "сигнальные земли", разведены праивльно.

Не, ну если они подключены

абы где на общий полигон

То это и означает, что разведены НЕправильно.
И тем не менее, формально такое может измеряться вполне хорошо.