Leiterplattentechnisch - Design des PCB-Stromversorgungssystems

Die analysis and design of power supply system (PDS) is becoming more and more important in the field of high-speed PCB-Design, vor allem im Computer, Halbleiter, Kommunikation, Netzwerk- und Unterhaltungselektronikindustrie. Mit der unvermeidlichen weiteren Skalierung der VLSI-Technologie, Die Versorgungsspannung der integrierten Schaltungen wird weiter sinken. Da immer mehr Hersteller von 130nm Technologie zu 90nm Technologie wechseln, Es ist absehbar, dass die Versorgungsspannung auf 1 sinkt.2V oder sogar niedriger, während der Strom auch deutlich zunehmen wird. Vom DC IR Spannungsabfall bis zur AC dynamischen Spannungsschwankungssteuerung, da der zulässige Geräuschbereich immer kleiner wird, Dieser Entwicklungstrend hat eine große Herausforderung an das Design des Stromversorgungssystems gebracht.

1. Normalerweise in Wechselstromanalyse ist die Eingangsimpedanz zwischen Leistung und Masse eine wichtige Beobachtung, die verwendet wird, um die Eigenschaften des Stromversorgungssystems zu messen. Die Bestimmung dieser Beobachtung hat sich zur Berechnung des IR-Spannungsabfalls in der DC-Analyse entwickelt. Ob bei der Analyse von Gleichstrom oder Wechselstrom, die Faktoren, die die Eigenschaften des Stromversorgungssystems beeinflussen, sind: PCB-Schichtung, die Form der Leiterplattenschicht-Ebene, das Layout der Komponenten, die Verteilung von Durchkontaktierungen und Pins und so weiter.

2. Das Konzept der Eingangsimpedanz zwischen Leistung und Masse kann in der Simulation und Analyse der oben genannten Faktoren verwendet werden. Zum Beispiel besteht eine sehr breite Anwendung der Leistungsmasseneingangsimpedanz darin, die Platzierung von Entkopplungskondensatoren auf der Platine zu bewerten. Mit einer bestimmten Anzahl von Entkopplungskondensatoren auf der Platine kann die einzigartige Resonanz der Platine selbst unterdrückt werden, wodurch die Erzeugung von Rauschen reduziert und auch die Randstrahlung der Platine reduziert wird, um das Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit zu lindern. Um die Zuverlässigkeit des Stromversorgungssystems zu verbessern und die Herstellungskosten des Systems zu verringern, müssen Systemkonstrukteure oft überlegen, wie das Systemlayout von Entkopplungskondensatoren wirtschaftlich und effektiv ausgewählt werden kann.

Das Stromversorgungssystem im Hochgeschwindigkeits-Schaltungssystem kann normalerweise in drei physikalische Subsysteme unterteilt werden: Chip, integrierte Schaltungs-Verpackungsstruktur und Leiterplatte. Das Stromnetz auf dem Chip besteht aus mehreren abwechselnd angeordneten Metallschichten. Jede Metallschicht besteht aus dünnen Metallstreifen in X- oder Y-Richtung, um ein Strom- oder Erdungsgitter zu bilden, und über Löcher verbinden die dünnen Metallstreifen verschiedener Schichten.

3. Die Leiterplattenfabrik Integriert viele Entkopplungseinheiten für einige Hochleistungschips, unabhängig vom Kern- oder IO-Netzteil. Die integrierte Schaltung Verpackungsstruktur, wie eine reduzierte Leiterplatte, hat mehrere Ebenen von Kraft- oder Bodenebenen mit komplexen Formen. Auf der Oberseite der Packungsstruktur, Es gibt in der Regel einen Platz, um den Entkopplungskondensator zu installieren. The Leiterplattenlayout enthält in der Regel eine kontinuierliche Leistungs- und Masseebene mit einer größeren Fläche, sowie einige große und kleine diskrete Entkopplungskondensatoren, and a power rectifier module (VRM). Klebedrähte, C4-Beulen, und Lötkugeln verbinden den Chip, Paket, und PCB zusammen. Das gesamte Stromversorgungssystem muss sicherstellen, dass jedes integrierte Schaltungsgerät eine stabile Spannung im Normalbereich liefert. Allerdings, Schaltströme und parasitäre Hochfrequenzeffekte in Stromversorgungssystemen führen immer zu Spannungsrauschen.