Diseño electrónico - Análisis de la integridad de la fuente de alimentación del diseño de la placa de PCB

En el diseño de pcb, proporcionar un voltaje estable y una distribución adecuada del voltaje para la señal son los dos objetivos básicos del diseño del sistema de alimentación. Con la aparición de problemas de integridad de la señal, la reflexión, la conversación cruzada, etc., afectarán la estabilidad del sistema eléctrico. Junto con la disminución continua del voltaje de funcionamiento del chip, las fluctuaciones de la fuente de alimentación afectarán el funcionamiento normal del sistema. El análisis de integridad de la fuente de alimentación es para garantizar que la fuente de alimentación en el PCB sea estable y confiable.

Resumen del análisis de integridad eléctrica

La integridad de la Potencia se refiere a la calidad de la forma de onda de potencia en el sistema. A medida que aumenta la velocidad del interruptor de salida ic, la velocidad del borde de la señal, es decir, el tiempo de subida y bajada de la señal, disminuye rápidamente, y la línea eléctrica sufre una caída de voltaje considerable debido a su inductor parasitario. Para una velocidad de borde de señal inferior a 1 ns, el voltaje entre la capa de alimentación y la formación de tierra en el PCB será diferente en cualquier lugar de la placa de circuito, lo que afectará la estabilidad de la fuente de alimentación del chip e incluso conducirá a la lógica del chip.

Los factores que causan inestabilidad en el sistema eléctrico son el ruido del interruptor simultáneo, la influencia de la resistencia de la fuente de alimentación no ideal, la resonancia y los efectos de borde. En términos generales, el ruido del interruptor simultáneo es la principal fuente de ruido de la fuente de alimentación. Debido a la inducción parasitaria de los cables de tierra y los planos, causará ciertas fluctuaciones de voltaje bajo la acción de la corriente del interruptor.

Es decir, el suelo de referencia del dispositivo ya no está en el nivel cero. Por lo tanto, la elevación del suelo enviada por el extremo de conducción cambiará. Aparece la forma de onda de interferencia correspondiente. La fase de la forma de onda de interferencia es la misma que la fase del ruido terrestre. Para la forma de onda de la señal del interruptor, la influencia del ruido de tierra hará que el borde descendente de la señal se ralentice; En el extremo receptor, la forma de onda de la señal también se verá perturbada por el ruido del suelo. Sin embargo, la fase de la forma de onda de interferencia es opuesta a la fase del ruido terrestre. Además, en algunos componentes de almacenamiento, el ruido de la fuente de alimentación y el ruido de la tierra pueden causar una inversión inesperada de los datos.

En los circuitos de alta frecuencia, hay un gran número de parámetros parasitarios en el plano de potencia. Estos parámetros parasitarios pueden considerarse como redes de resonancia LC o resonadores compuestos por muchos inductores y condensadores. A una cierta frecuencia, estos condensadores e inductores resonarán, lo que afectará la resistencia de la capa de potencia. Además del efecto de resonancia, el efecto de borde del plano de la fuente de alimentación y el plano de tierra también es un problema a tener en cuenta en el diseño de la fuente de alimentación. Los efectos de borde aquí se refieren a los fenómenos de reflexión y radiación de borde. El tamaño de la superficie cubierta de cobre en el borde de la placa de circuito es limitado, por lo que es propenso a problemas de interferencia electromagnética. Los condensadores de desacoplamiento suelen añadirse a la ingeniería para reducir el efecto de radiación de borde y lograr el objetivo de suprimir el ruido del plano de potencia.

Ruido del interruptor de sincronización

El ruido del interruptor sincronizado (ssn) se produce principalmente por la salida del interruptor sincronizado que viene con el equipo. Cuanto más rápido sea el interruptor, más significativo será el cambio instantáneo de corriente, y cuanto mayor sea la inducción en el circuito de corriente, más grave será el ruido del interruptor sincronizado generado. Se puede ver que la magnitud del ruido del interruptor sincronizado depende de las características de E / S del circuito integrado, la resistencia del plano de alimentación y el plano de tierra de la placa de pcb, así como el diseño y cableado de los dispositivos de alta velocidad en el pcb.

De acuerdo con las diferentes rutas de retorno, el ruido del interruptor simultáneo se puede dividir en ruido del interruptor fuera del CHIP y ruido del interruptor en el chip. El ruido del interruptor fuera del chip se refiere al ruido generado cuando la corriente devuelta por el interruptor de señal pasa por el cable de señal y el plano de alimentación / tierra; Si el Estado del interruptor cambia, la ruta de retorno de la corriente pasa por la fuente de alimentación y la tierra en lugar de la línea de señal, y el ruido en este momento es el ruido del interruptor en el chip. La reducción del ruido del interruptor en el chip se logra principalmente reduciendo el voltaje de inducción reduciendo la inducción de la inducción de la ruta a la que fluye la señal del interruptor o ralentizando la tasa de cambio de la señal del interruptor. La reducción del ruido del interruptor fuera del chip se puede lograr reduciendo la velocidad del interruptor del conductor interno del CHIP y el número de interruptores simultáneos, utilizando el chip de velocidad de borde más lento que puede cumplir con los requisitos de tiempo; O reduciendo la inducción del Circuito de encapsulamiento, aumentando la inducción de acoplamiento de la señal y la fuente de alimentación al suelo; Los condensadores de derivación también se pueden utilizar en el interior del paquete para permitir que la fuente de alimentación y la tierra compartan el circuito de corriente y reduzcan la inducción equivalente de la ruta de retorno.

Diseño de distribución de energía de PCB

En gran medida, el ruido de la fuente de alimentación proviene de un sistema de distribución insatisfactorio. El sistema de distribución proporciona suficiente electricidad a todos los equipos del sistema. Estos equipos no solo requieren suficiente pérdida de potencia, sino que también tienen ciertos requisitos para la estabilidad de la fuente de alimentación. Debido a que siempre hay una resistencia en el plano de Potencia real, cuando pasa una corriente instantánea, se produce una caída de tensión, lo que provoca fluctuaciones de potencia. La mayoría de los equipos requieren fluctuaciones de potencia dentro de ± 5% del voltaje normal. Para garantizar que cada dispositivo funcione correctamente, la resistencia del plano de Potencia debe reducirse en la medida de lo posible. En el caso de frecuencias de funcionamiento relativamente altas, es necesario calcular la resistencia DC de la resistencia y la resistencia AC causada por la inducción. Al controlar la resistencia de la fuente de alimentación, se puede reducir la resistencia interna de la fuente de alimentación utilizando materiales de baja resistencia y cables de alimentación cortos y gruesos. La fuente de alimentación debe estar lo más cerca posible del suelo y se pueden utilizar condensadores de desacoplamiento para reducir la resistencia de la fuente de alimentación. Y la inducción, reduciendo así la resistencia de la fuente de alimentación.