Leiterplattentechnisch - Leistungsintegrität in PCB-Leiterplatten-Schaltungen

In PCB-Schaltungsdesign, Im Allgemeinen sind wir sehr besorgt über die Qualität des Signals, aber manchmal beschränken wir uns oft auf die Signalleitung für die Forschung, und die Leistung und den Boden als ideale Bedingungen behandeln. Obwohl dies das Problem vereinfachen kann, aber mit hoher Geschwindigkeit Im Design, Diese Vereinfachung ist nicht mehr machbar. Obwohl sich das direktere Ergebnis des Schaltungsdesigns in der Signalintegrität manifestiert, Wir dürfen das Power Integrity Design aus diesem Grund nicht vernachlässigen. Weil die Netzintegrität direkt die Signalintegrität der endgültigen Leiterplatte beeinflusst. Leistungsintegrität und Signalintegrität stehen in engem Zusammenhang, und in vielen Fällen, Die Hauptursache der Signalverzerrung ist das Stromsystem. Zum Beispiel, das Bodenprallgeräusch ist zu groß, die Auslegung des Entkopplungskondensators ist nicht geeignet, der Schleifeneinfluss ist sehr ernst, die Aufteilung der Mehrfachmacht/Bodenflugzeuge sind nicht gut, das Grundlagendesign ist unzumutbar, der Strom ist ungleichmäßig, und so weiter.

1) Stromverteilungssystem

Das Design der Leistungsintegrität ist eine sehr komplizierte Angelegenheit, aber wie die Impedanz zwischen dem Stromsystem (Leistung und Erdungsebene) in den letzten Jahren gesteuert werden kann, ist der Schlüssel zum Design. Theoretisch gilt, je niedriger die Impedanz zwischen Stromversorgungssystemen ist, desto besser, je niedriger die Impedanz, desto kleiner die Rauschamplitude und desto kleiner der Spannungsverlust.

Im eigentlichen Design, Wir können die Zielimpedanz bestimmen, die wir erreichen möchten, indem wir die maximale Spannung und den Stromversorgungsbereich angeben, und dann, durch Anpassung der relevanten Faktoren in der Schaltung, the impedance of each part of the power system (related to frequency) is approached to the target impedance.

2) Bodenrückstufe

Wenn die Kantenrate des Hochgeschwindigkeitsgerätes niedriger als 0,5ns ist, ist der Datenaustausch vom Datenbus mit großer Kapazität extrem schnell. Wenn es starke Wellen in der Stromschicht erzeugt, die das Signal beeinflussen können, tritt das Problem der Strominstabilität auf. Wenn sich der Strom ändert, der durch die Masseschleife fließt, wird aufgrund der Schleifeninduktivität eine Spannung erzeugt. Wenn die steigende Kante verkürzt wird, erhöht sich die Stromänderungsrate und die Erdprallspannung steigt. Zu diesem Zeitpunkt ist die Masseebene (Masse) kein idealer Nullpegel mehr, und die Stromversorgung ist kein ideales Gleichstrompotential. Wenn die Anzahl der gleichzeitig geschalteten Tore zunimmt, wird der Bodenprall ernster. Bei einem 128-Bit-Bus können 50-100-I/O-Leitungen an derselben Taktkante geschaltet werden. Zu diesem Zeitpunkt muss die Induktivität der Leistungs- und Masseschleifen, die an den gleichzeitig geschalteten I/O-Treiber zurückgeführt werden, so niedrig wie möglich sein. Andernfalls erscheint eine Spannungsbürste, wenn sie in Ruhe mit derselben Masse verbunden ist. Ground Bounce kann überall gesehen werden, wie Chips, Pakete, Steckverbinder oder Leiterplatten, die Ground Bounce verursachen können, was zu Problemen mit der Netzintegrität führen kann.

Aus der Perspektive der Entwicklung von Leiterplattentechnologie, die ansteigende Kante des Geräts wird nur abnehmen, und die Breite des Busses wird nur größer. Die einzige Möglichkeit, den Bodenprall akzeptabel zu halten, ist die Verringerung der Leistungs- und Erdverteilungsinduktivität. Für den Chip, es bedeutet, zu einem Array-Chip zu wechseln, Platzieren von so viel Strom und Boden wie möglich, und die Verkabelung zum Paket so kurz wie möglich, um die Induktivität zu reduzieren. Für Verpackungen, Es bedeutet, die Schichtverpackung zu verschieben, um den Abstand zwischen den Energiegrundebenen näher zu machen, wie in BGA-Verpackungen verwendet. Für den Stecker, Es bedeutet, mehr Massepunkte zu verwenden oder den Stecker neu zu gestalten, um eine interne Stromversorgung und Erdungsebene zu haben, wie z. B. ein Flachbandkabel auf Steckerbasis. Für die Leiterplatte, Das bedeutet, die angrenzenden Leistungs- und Bodenebenen so nah wie möglich zu machen. Da die Induktivität proportional zur Länge ist, Durch eine möglichst kurze Verbindung zwischen Netzteil und Erdung werden Bodengeräusche reduziert.

3) Entkopplungskondensator

Wir alle wissen, dass das Hinzufügen einiger Kondensatoren zwischen der Stromversorgung und der Erde das Rauschen des Systems reduzieren kann, aber wie viele Kondensatoren sollte die Leiterplattenfabrik auf der Platine hinzufügen? Was ist der richtige Wert für jeden Kondensator? Wo ist jeder Kondensator besser? Ähnliche Wir haben diese Themen im Allgemeinen nicht ernsthaft in Betracht gezogen, nur basierend auf der Erfahrung des Designers, und manchmal sogar denken, dass die geringere Kapazität, die bessere. In High-Speed-Ausführung, Wir müssen die parasitären Parameter des Kondensators berücksichtigen, Quantitative Berechnung der Anzahl der Entkopplungskondensatoren, den Kapazitätswert jedes Kondensators und die spezifische Position der Platzierung, um sicherzustellen, dass die Impedanz des Systems im Regelbereich liegt, Ein Grundprinzip Es ist der erforderliche Entkopplungskondensator, nichts davon fehlt, und keine überschüssigen Kondensatoren.