Leiterplattentechnisch - Integrität des Leistungssignals im PCB Design und Layout

In PCB-Design, Wir kümmern uns generell um 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, es ist in High-Speed-Design. In China, 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 des Endsignals beeinflusst Leiterplatte. 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) 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 sollten auf der Leiterplatte hinzugefügt werden? Wie groß ist die Kapazität jedes Kondensators? Welche Position ist besser für jeden Kondensator? Ähnlich diesen Fragen Wir denken im Allgemeinen nicht ernsthaft darüber nach, sondern tun es basierend auf der Erfahrung des Designers und denken manchmal sogar, je weniger Kapazität desto besser. Im Hochgeschwindigkeitsdesign müssen wir die parasitären Parameter des Kondensators berücksichtigen, die Anzahl der Entkopplungskondensatoren, den Kapazitätswert jedes Kondensators und die spezifische Position der Platzierung quantitativ berechnen, um sicherzustellen, dass die Impedanz des Systems im Regelbereich liegt, ein Grundprinzip Es ist der erforderliche Entkopplungskondensator, von denen keiner fehlt, und keine überschüssigen Kondensatoren.

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 durch die Masseschleife ändert, wird aufgrund der Schleifeninduktivität eine Spannung erzeugt. Wenn die steigende Kante verkürzt wird, erhöht sich die Stromwechselrate 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 technologischen Entwicklung wird die steigende Kante des Geräts nur abnehmen, und die Breite des Buses wird nur zunehmen. Die einzige Möglichkeit, die Erdung auf einem akzeptablen Niveau zu halten, besteht darin, die Induktivität der Leistung und der Erdungsverteilung zu reduzieren. Für den Chip bedeutet es, zu einem Array-Chip zu wechseln, so viel Strom und Masse wie möglich zu platzieren und die Verkabelung so kurz wie möglich mit dem Gehäuse zu verbinden, um die Induktivität zu reduzieren. Für Verpackungen bedeutet es, die Schichtverpackung zu verschieben, um den Abstand zwischen den Energiegrundebenen näher zu machen, wie in BGA-Verpackungen verwendet. Für den Stecker bedeutet dies, mehr Massepunkte zu verwenden oder den Stecker neu zu entwerfen, um eine interne Stromversorgung und Erdungsebene zu haben, z. B. ein Stecker-basiertes Flachbandkabel. Für die Leiterplatte bedeutet es, die benachbarten Leistungs- und Masseebenen so nah wie möglich zu machen. Da die Induktivität proportional zur Länge ist, reduziert eine möglichst kurze Verbindung zwischen Netzteil und Masse das Erdgeräusch.

3) Stromverteilungssystem

In der Leiterplattenlayout und Design, Power Integrity Design ist eine sehr komplizierte Angelegenheit, but how to control the impedance between the power supply system (power supply and ground plane) in recent years is the key to the design. Theoretisch, je niedriger die Impedanz zwischen Stromversorgungssystemen, die bessere, je niedriger die Impedanz, je kleiner die Rauschamplitude, und je 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.