Noticias de PCB - ¿¿ qué es exactamente el sistema de distribución en el pcb?

En general, el PDS se refiere a los subsistemas que asignan la Potencia de la fuente de alimentación a los dispositivos y componentes del sistema. El sistema de distribución está presente en todos los sistemas eléctricos, como el sistema de iluminación del edificio, el osciloscopio, el tablero de pcb, el encapsulamiento, el chip y su sistema de distribución interna.

Sistema de distribución en el tablero de PCB

En un producto típico, el sistema de distribución incluye todas las interconexiones desde el módulo regulador de voltaje (vrm) hasta el pcb, el encapsulamiento y el chip. Se puede dividir en cuatro partes:

El módulo de regulación de tensión (vrm) incluye su capacitor de filtro - fuente de alimentación;

Condensadores a granel, condensadores de desacoplamiento de alta frecuencia, interconexiones, agujeros a través, planos de fuente de alimentación / tierra en PCB - sistema de distribución en pcb;

Pin de encapsulamiento, cable de unión, interconexión y condensadores integrados - sistema de distribución de encapsulamiento;

Interconexión en chip y sistema de distribución en chip capacitivo.

Este artículo se centra en la segunda parte, el sistema de distribución en el pcb. El resto va más allá del alcance de este artículo.

El sistema de distribución en el PCB se refiere al sistema en el que el PCB asigna la Potencia de la fuente de alimentación a varios chips y equipos que necesitan suministro de energía. Este artículo se centra en el sistema de distribución en el pcb, por lo que estamos de acuerdo en que el sistema de distribución o PDS mencionado a continuación se refiere al sistema de distribución de energía en el pcb.

La función del sistema de distribución es transmitir el voltaje correcto y estable, lo que significa que el voltaje en todas las posiciones del PCB se puede mantener correctamente y estable en cualquier condición de carga. El estudio del funcionamiento correcto y estable del sistema de distribución se llama problema de integridad eléctrica.

Integridad de la fuente de alimentación

La integridad de la fuente de alimentación se refiere al grado en que la fuente de alimentación del sistema cumple con los requisitos de la fuente de alimentación en el puerto del dispositivo que necesita la fuente de alimentación después de pasar por el sistema de distribución.

En términos generales, los componentes que necesitan energía en el PCB tienen ciertos requisitos para la fuente de alimentación de trabajo. En el caso del chip, suele expresarse como tres parámetros:

Tensión de alimentación límite: se refiere al voltaje de alimentación límite que el pin de alimentación del chip puede soportar. El voltaje de alimentación del chip no puede exceder el rango requerido; De lo contrario, puede dañar el chip. Dentro de este rango, la función del chip no está garantizada; Si el chip dura un cierto tiempo dentro del valor límite de este parámetro, afectará la estabilidad a largo plazo del chip.

Tensión de trabajo recomendada: se refiere al rango de tensión que el pin de alimentación del chip debe cumplir para que el chip funcione normalmente y de manera confiable. Se expresa comúnmente como "v ± x%", en el que V es el voltaje de trabajo típico de los pines de alimentación del chip, x% es el rango de fluctuación de voltaje permitido, y el X común es 5 o 3.

Ruido de alimentación: el voltaje del pin de alimentación del chip permite que el chip funcione de manera confiable y normal, representado por su pico.

Por lo general, se proporcionan al chip los requisitos de "voltaje de alimentación límite" y "voltaje de trabajo recomendado", pero es posible que no se proporcione "ruido de alimentación" por separado, lo que puede incluirse en el parámetro "voltaje de trabajo recomendado". El "ruido de potencia" es el foco de este artículo y se discutirá por separado más tarde.

Para ilustrar el ejemplo anterior, el problema de integridad de la fuente de alimentación es discutir cómo la fuente de alimentación del sistema cumple con los requisitos de "tensión de alimentación límite", "tensión de trabajo recomendada" y "ruido de fuente de alimentación" en los diferentes pines de alimentación del chip después de pasar por el sistema de distribución.

Tres características del sistema de distribución

Los medios físicos del sistema de distribución son variados, incluyendo conectores, cables, vías, planos de alimentación, planos gnd, a través de agujeros, soldadura, almohadillas, pin de chip, etc. sus propiedades físicas son diferentes (materiales, formas, dimensiones, etc. Dado que el objetivo del sistema de distribución es proporcionar energía eléctrica al sistema a los equipos que necesitan energía eléctrica, Para proporcionar un voltaje estable y un circuito de corriente completo, solo nos centramos en tres características eléctricas del sistema de distribución: características de resistencia, características de inducción y características de condensadores.

Características de la resistencia

La resistencia es la cantidad física que indica la obstrucción del conductor a la corriente continua, generalmente representada por R. su característica física principal es que cuando la corriente I está desactualizada, la energía eléctrica se convierte en energía térmica (i2r) y se produce una caída de tensión de corriente continua (ir) en ambos extremos.

La resistencia es la característica del propio conductor, relacionada con la temperatura, el material, la longitud y el área transversal del conductor, determinada por la fórmula 1.1:

- - Resistencia del conductor

- - longitud del cable

- - área transversal del cable

Entre ellos

Una propiedad física del conductor relacionada con la temperatura. La resistencia eléctrica de los metales suele aumentar a medida que aumenta la temperatura.

La resistencia está en todas partes en el sistema de distribución: la resistencia de corriente continua y la resistencia de contacto están presentes en cables y conectores, la resistencia de distribución está presente en cables de cobre, capas de energía, estratos y agujeros a través, y la resistencia de corriente continua está presente en soldadura, almohadillas y pines de chip, y la resistencia de Contacto está presente entre ellos.

Cuando la corriente fluye a través de estas resistencias, producen dos efectos:

Caída de tensión de corriente continua (ir drop): este efecto hace que el voltaje de la fuente de alimentación disminuya gradualmente a lo largo de la red de distribución o que aumente el voltaje en el suelo de referencia, reduciendo así el voltaje en el puerto del dispositivo que requiere la fuente de alimentación, lo que resulta en problemas de integridad de la fuente de alimentación.

Disipación de Potencia térmica: la disipación de potencia térmica convierte la Potencia en la fuente de alimentación en calor y aumenta la temperatura del sistema, afectando así la estabilidad y fiabilidad del sistema.

Equiparar la resistencia y la carga del sistema de distribución a un circuito, como se muestra en la figura 1.1:

Entre ellos, vsource indica el voltaje de alimentación, voutput indica el voltaje de salida, RS indica la resistencia de alimentación, R1 indica la resistencia de distribución en la ruta de alimentación y R2 indica la resistencia de distribución en la ruta de retorno. Suponiendo que la corriente del circuito sea i, el voltaje de alimentación de la carga se muestra en la ecuación 1.2:

El IRS de caída de tensión en el RS reduce el voltaje de salida de la fuente de alimentación voutput, el ir1 de caída de tensión en la ruta de alimentación reduce el voltaje de alimentación de la carga vcc, mientras que el ir2 de caída de tensión en la ruta de retorno aumenta el nivel gnd de la carga. Las caídas de voltaje de las resistencias rs, R1 y R2 mencionadas anteriormente reducirán el voltaje de alimentación de la carga, VCC gnd, lo que provocará problemas de integridad de la fuente de alimentación.

La pérdida de calor en la resistencia del sistema de distribución hace que la Potencia de la fuente de alimentación se convierta en calor y se disipe, lo que reduce la eficiencia del sistema. Al mismo tiempo, el calentamiento puede causar un aumento de la temperatura del sistema y reducir la vida útil de algunos equipos, como los condensadores electroliticos, lo que afectará la estabilidad y fiabilidad del sistema. Una densidad de corriente excesiva en algunas áreas también puede hacer que la temperatura local continúe aumentando o incluso se queme.

Como se puede ver en el análisis anterior, estos dos efectos son dañinos para el sistema, y sus efectos son proporcionales al tamaño del valor de resistencia, por lo que reducir las características de Resistencia del sistema de distribución es uno de nuestros objetivos de diseño.

Características de la inducción

La inducción es la cantidad física que caracteriza la resistencia del conductor a la corriente alterna. Cuando la corriente fluye a través del conductor, se forma un campo magnético alrededor del conductor. Cuando la corriente cambia, el campo magnético también cambia, y el campo magnético cambiado formará un voltaje de inducción en ambos extremos del conductor. La polaridad del voltaje hace que la corriente de inducción obstaculice los cambios en la corriente original. Cuando los cambios en el campo magnético alrededor del conductor son causados por cambios en la corriente en otros conductores, también se produce un voltaje de inducción en el conductor, y la polaridad del voltaje hace que la corriente de inducción obstaculice los cambios en la corriente original. La influencia de este conductor en los cambios de corriente se llama inductor, el primero se llama autoinducción L y el segundo se llama inducción mutua M. aquí damos directamente dos características de la inducción mutua:

Simetría: dos conductores a y b, independientemente del tamaño, la forma y la posición relativa, la inducción mutua del conductor a al conductor B es igual a la inducción mutua del conductor B al conductor a, es decir, la inducción mutua es la misma para los dos conductores;

La inducción mutua es menor que la inducción mutua: la inducción mutua de cualquier dos conductores es menor que la inducción mutua de uno de los conductores.