Leiterplattentechnisch - Analyse der Integrität der Stromversorgung in Leiterplattenschaltung

Im Kreislauf PCB-Design, Wir sind generell besorgt über die Qualität des Signals, aber manchmal beschränken wir uns oft auf die Signalleitungsforschung, und die Stromversorgung und Masse als ideale Situation zu bewältigen, Obwohl dies das Problem vereinfachen kann, aber in High-Speed-Ausführung, diese Vereinfachung ist nicht machbar. Obwohl das direktere Ergebnis des Schaltungsdesigns der Ausdruck der Signalintegrität ist, Wir dürfen daher das Netzteilintegritätsdesign nicht ignorieren. Die Integrität der Stromversorgung beeinflusst direkt die Signalintegrität der endgültigen Leiterplatte. Spannungsversorgungsintegrität und Signalintegrität stehen in engem Zusammenhang, und in vielen Fällen, Die Hauptursache der Signalverzerrung ist das Stromversorgungssystem. Zum Beispiel, das Bodenrückprallgeräusch ist zu groß, das Design des Entkopplungskondensators ist unangemessen, der Einfluss der Schleife ist sehr ernst, die Segmentierung der Bodenebene der Multi-Stromversorgung ist nicht gut, das Schichtdesign ist unzumutbar, der Strom ist nicht gleichmäßig und so weiter.

1) Stromverteilungssystem

Das Design der Netzintegrität ist sehr kompliziert, aber wie man die Impedanz zwischen dem Stromversorgungssystem (Stromversorgung und Erdungsebene) steuert, ist der Schlüssel zum Design. Theoretisch gilt: Je niedriger die Impedanz zwischen Stromversorgungssystemen ist, desto besser, je niedriger die Impedanz, desto kleiner die Rauschamplitude, desto kleiner der Spannungsverlust. Im praktischen Design können wir die Zielimpedanz bestimmen, die wir erreichen möchten, indem wir den maximalen Spannungs- und Stromversorgungsvariationsbereich angeben, und dann die relevanten Faktoren in der Schaltung anpassen, um die Impedanz jedes Teils des Stromversorgungssystems (und frequenzbezogene) Zielimpedanz approximieren zu lassen.

2) Abprallen

Wenn die Kantenrate von Hochgeschwindigkeitsgeräten kleiner als 0.5ns ist, ist der Datenaustausch vom Datenbus mit großer Kapazität besonders schnell, und das Problem der Netzinstabilität tritt auf, wenn es starke Wellen in der Stromversorgungsschicht erzeugt, die das Signal beeinflussen. Wenn sich der Strom durch die Erdungsschleife ändert, weil die Schaltungsinduktivität eine Spannung erzeugt, wenn sich die steigende Kante verkürzt, steigt die Geschwindigkeit der Stromänderung, die Masse-Rückprallspannung steigt. An diesem Punkt ist die Erdungsebene (Masse) nicht ideal Null-Niveau, und die Stromversorgung ist nicht ideal DC-Niveau. Mit zunehmender Anzahl gleichzeitiger Schalttore wird der Ground Bounce schlimmer. Bei einem 128-Bit-Bus können 50_100 IO-Leitungen entlang der gleichen Uhr geschaltet werden. In diesem Fall muss die Induktivitätsreduktion zur Spannungsversorgung und Masseschleife des gleichzeitig geschalteten IO-Treibers so gering wie möglich sein, andernfalls wird das mit derselben Masse verbundene Stationär über eine Spannungsbürste verfügen. Ground Bounce kann überall auftreten, z. B. auf Chips, Paketen, Steckern oder Leiterplatten, was zu Problemen mit der Netzintegrität führt.

Aus Sicht der Technologieentwicklung wird die steigende Kante des Gerätes nur abnehmen und die Breite des Busses wird nur zunehmen. Die einzige Möglichkeit, Ground Bounce akzeptabel zu halten, ist die Verringerung der Stromversorgungs- und Erdungsverteilungsinduktivität. Für den Chip bedeutet das, zu einem Array-Chip zu wechseln, so viel Strom und Masse wie möglich zu platzieren und die Drähte zum Gehäuse so kurz wie möglich zu machen, um die Induktivität zu reduzieren. Für die Verkapselung bedeutet dies eine bewegliche Schichtverkapselung, so dass die Erdungsebenen des Netzteils enger voneinander entfernt sind, wie sie bei der BGA-Verkapselung verwendet werden. Für Steckverbinder bedeutet dies, mehr Massepunkte zu verwenden oder den Stecker neu zu gestalten, um eine interne Stromversorgung und Erdungsebene zu haben, z. B. ein Linker-basiertes Flachbandkabel. Für eine Leiterplatte bedeutet dies, die benachbarte Stromversorgung und Erdungsebene so nah wie möglich zu machen. Da die Induktivität proportional zur Länge ist, wird durch eine möglichst kurze Verbindung zwischen Stromversorgung und Masse das Erdgeräusch reduziert.

3) Entkopplungskapazität

Zwischen Netzteil und etwas Kapazität hinzuzufügen kann das Rauschen des Systems reduzieren, aber genau wie viel Kapazität auf der Leiterplattenkapazität jedes Kapazitätswertes wie geeignet jeder Kondensator in welcher Position besser als wir normalerweise nicht ernsthaft diese Probleme in Betracht gezogen haben, nur durch die Erfahrung des Designers, Denken Sie manchmal sogar an die Kapazität so wenig wie möglich. Bei der Gestaltung von Hochgeschwindigkeiten, Wir müssen den parasitären Kapazitätsparameter berücksichtigen, Quantitative Berechnung der Anzahl der Entkopplungskondensatoren und des Kapazitätswerts jedes Kondensators und Platzierung der spezifischen Position, sicherstellen, dass die Impedanz des Systems im Regelbereich, Ein Grundprinzip ist die Notwendigkeit des Entkopplungskondensators, man kann nicht klein sein, Überkapazität.