Blog de PCB - Cuál es el sistema de distribución en el tablero de PCB

Lo que norm1.lmente mostramos arriba PCB Board, the Poder distribution system (PDS) refers to the subsystem that distributes the power of the Power Source to the devices and devices in the system that need to be powered. Todos los sistemas eléctricos tienen sistemas de distribución, Por ejemplo, el sistema de iluminación de un edificio, Osciloscopio, a PCB Board, Un paquete, Chip, Todo esto tiene un sistema de distribución interna.

Sistema de distribución en PCB

En un producto típico, el sistema de distribución incluye todas las interconexiones desde el módulo de regulación de tensión (VRM) hasta el tablero de PCB, el paquete y el chip. Se puede dividir en cuatro partes: módulo de regulación de tensión (VRM), incluyendo su condensador de filtro - fuente de alimentación; Condensadores a granel, condensadores de desacoplamiento de alta frecuencia, interconexiones, a través de agujeros, fuente de alimentación / suelo - sistema de distribución de PCB encapsulado; Pin de encapsulación, línea de conexión, interconexión y condensador integrado - sistema de distribución en encapsulación; Interconexiones en chip y condensadores, Etc.. - sistemas de distribución en chips. El llamado sistema de distribución en PCB se refiere a un sistema en PCB, que distribuye la fuente de alimentación a los chips y equipos que necesitan ser alimentados. Este artículo se centra principalmente en el sistema de distribución en PCB, por lo que estamos de acuerdo en que el sistema de distribución o PDS mencionado a continuación se refiere al sistema de distribución en 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 correcto y estable en cualquier condición de carga. La investigación sobre el funcionamiento correcto y estable del sistema de distribución es lo que llamamos el problema de la integridad de la fuente de alimentación.

Integridad de la fuente de alimentación

La llamada integridad de la fuente de alimentación se refiere a la fuente de alimentación del sistema después de pasar por el sistema de distribución, en relación con el puerto del equipo que necesita la fuente de alimentación del puerto del equipo, de acuerdo con los requisitos de la fuente de alimentación de trabajo. En general, el equipo que necesita energía en el tablero de PCB tiene ciertos requisitos para la fuente de energía de trabajo. Por ejemplo, muestra tres parámetros: tensión de alimentación límite: tensión 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 este parámetro, de lo contrario puede causar daños al chip. Dentro de este rango, la función del chip no puede ser garantizada; Si el chip está en el valor límite de este parámetro durante un período de tiempo, afectará a la estabilidad a largo plazo del chip. Tensión de trabajo recomendada: se refiere al rango de tensión del pin de alimentación del CHIP que debe garantizar el funcionamiento normal y fiable del chip, generalmente expresado como "V ± X%", donde V es el valor típico de la tensión de funcionamiento del pin de alimentación del chip, X% es el rango de fluctuación de tensión permitido, comúnmente X es 5 o 3; Ruido de la fuente de alimentación: se refiere al ruido de onda permitido en el voltaje del pin de la fuente de alimentación del chip, lo que hace que el chip funcione de forma normal y fiable. Las hojas de datos del chip suelen proporcionar los requisitos de "tensión de alimentación límite" y "tensión de funcionamiento recomendada". Para el "ruido de potencia", no se puede proporcionar por separado. En este caso, puede incluirse en el parámetro "tensión de funcionamiento recomendada". El "ruido de potencia" es el foco de este artículo, que se discutirá por separado más adelante. Para ilustrar el ejemplo anterior, el problem a de la integridad de la fuente de alimentación se discute después de que la fuente de alimentación del sistema pasa a través del sistema de distribución, la fuente de alimentación de los diferentes pines de alimentación del chip se compara con el pin del chip "tensión de alimentación límite" y "tensión de trabajo recomendada". Requisitos de "ruido de alimentación".

Tres características del sistema de distribución

Los medios físicos del sistema de distribución son variados, incluyendo conectores, cables, trace, Power plane, gnd plane, Aprobación, pad, pin de chip, etc. sus propiedades físicas (materiales, forma, tamaño, etc.) son diferentes. Debido a que el objetivo del sistema de distribución es proporcionar la fuente de alimentación del sistema a los equipos que necesitan ser alimentados para proporcionar un voltaje estable y un circuito de corriente completo, sólo nos centramos en tres características eléctricas del sistema de distribución: resistencia, Inductancia y Capacitancia.

Características de Resistencia

La resistencia es la cantidad física que representa la resistencia del conductor a la corriente directa, generalmente expresada por R. Su característica física principal es que cuando la corriente I fluye, convierte la energía eléctrica en energía térmica (i2r) y produce la caída de tensión de corriente continua (ir). Es una propiedad física del conductor, que está relacionada con la temperatura. La resistividad del metal aumenta con el aumento de la temperatura. La resistencia está presente en todas partes en el sistema de distribución: la resistencia DC y la resistencia de contacto están presentes en el cable y el conector, la resistencia distribuida está presente en el alambre de cobre, la capa de alimentación, la capa de tierra y a través del agujero, y la resistencia DC está presente en la soldadura, la almohadilla y el pin del chip. Hay resistencia de contacto entre ellos. Caída de tensión ir: este efecto resulta en una disminución gradual de la tensión de alimentación a lo largo de la red de distribución, o un aumento de la tensión del suelo de referencia, reduciendo así la tensión en el puerto del dispositivo que necesita ser alimentado, lo que conduce a problemas de integridad de la fuente de alimentación; Disipación de energía térmica: este efecto puede reducir la Potencia de la fuente de alimentación a la conversión de calor, al mismo tiempo que conduce a un aumento de la temperatura del sistema, poniendo en peligro la estabilidad y fiabilidad del sistema. La caída de tensión IRS en Rs reduce el voltaje de salida voutput de la fuente de alimentación, la caída de tensión ir1 en la ruta de alimentación reduce el voltaje de alimentación VCC de la carga, y la caída de tensión ir2 en la ruta de retorno aumenta el nivel gnd de la carga. Las caídas de tensión de las resistencias RS, R1 y R2 anteriores pueden conducir a una disminución de la tensión de alimentación VCC - gnd de la carga y a problemas de integridad de la fuente de alimentación. La pérdida de calor causada por la resistencia del sistema de distribución puede conducir a la conversión de la Potencia de la fuente de alimentación en calor y a la disipación en vano, reduciendo así la eficiencia del sistema. Al mismo tiempo, la calefacción puede aumentar la temperatura del sistema y reducir la vida útil de algunos equipos (como condensadores electrolíticos), lo que afecta a la estabilidad y fiabilidad del sistema. La densidad de corriente excesiva en algunas áreas también puede conducir a un aumento continuo de la temperatura local, e incluso a la quema. A partir del análisis anterior, podemos ver que ambos efectos son perjudiciales para el sistema, y su influencia es proporcional al valor de resistencia, por lo que la reducción de las características de Resistencia del sistema de distribución es uno de nuestros objetivos de diseño.

Características de Inductancia

La Inductancia es la cantidad física que caracteriza la resistencia del conductor a la corriente alterna. A medida que la corriente fluye a través del conductor, se forma un campo magnético alrededor del conductor. Cuando la corriente eléctrica cambia, el campo magnético también cambia, y el campo magnético cambia para formar tensión inducida en ambos extremos del conductor. La polaridad del voltaje causará la inducción y la corriente impedirá el cambio de la corriente original. Cuando el campo magnético alrededor del conductor cambia debido a la variación de la corriente en otros conductores alrededor del conductor, el voltaje inducido también se genera en el conductor, y la polaridad del voltaje hace que la corriente inducida bloquee la corriente original. Cambio. La acción de este conductor para bloquear el cambio de corriente se llama Inductancia, la primera se llama Inductancia L, y la segunda se llama Inductancia mutua M. Aquí damos dos propiedades de la Inductancia mutua directamente: simetría: dos conductores a y B, independientemente de su tamaño, forma y posición relativa, La Inductancia mutua del conductor a al conductor B es igual a la Inductancia mutua del conductor B al conductor a, es decir, la Inductancia mutua de los dos conductores es la misma; La Inductancia mutua es menor que la de cualquier conductor. La tensión inducida por el cambio de corriente es muy importante para la integridad de la señal, incluyendo la integridad de la fuente de alimentación, y puede conducir a efectos de línea de transmisión, mutación, crosstalk, SSN, colapso de la pista, salto de tierra y la mayoría de EMI. La Inductancia está en todas partes en el sistema de distribución. Los conectores, cables, cables de cobre, capas de alimentación, capas de tierra, a través de agujeros, almohadillas de soldadura, alfileres de chip, etc. tienen Inductancia, y la Inductancia mutua existe entre conductores cercanos. Supongamos que la autoinductancia local de la rama a es la, la autoinductancia local de la rama B es LB, la Inductancia mutua local entre las dos ramas es M, y la corriente en el bucle es I. Debido a que las dos ramas son paralelas y la corriente fluye en direcciones opuestas, la dirección del campo magnético que generan es opuesta. Suponiendo que i aumente, para la rama a, la polaridad de la tensión inducida generada por la impedirá el aumento de I en la rama a, pero la polaridad de la tensión inducida generada por M ayudará a aumentar I en la rama a. Si la rama a Representa la trayectoria de la fuente de alimentación, la rama B representa la trayectoria de retorno, y va representa el ruido de la fuente de alimentación en la trayectoria de la fuente de alimentación (colapso de la pista / rebote de la fuente de alimentación), VB representa el ruido de colapso orbital / rebote del suelo en la trayectoria de retorno. Ambos tipos de ruido pueden causar inestabilidad del voltaje de la fuente de alimentación y causar problemas de integridad de la fuente de alimentación. Por lo tanto, uno de nuestros objetivos de diseño es reducir los dos voltajes mencionados anteriormente. Hay dos maneras: reducir la tasa de cambio de la corriente del bucle en la medida de lo posible: Esto significa reducir la velocidad de cambio repentino de la corriente atraída por la carga y limitar el número de puertos de alimentación en la ruta de alimentación compartida y la ruta de retorno; Inductancia mutua local entre dos ramas. La reducción de la autoinductancia local de las ramas implica el uso de la ruta de potencia más corta y ancha y la ruta de retorno en la medida de lo posible. El aumento de la Inductancia mutua local significa que las dos ramas deben ser paralelas. Y en la premisa inversa lo más cerca posible. A partir del análisis anterior, podemos ver que el voltaje inducido por Inductancia es la causa de muchos problemas en la integridad de la fuente de alimentación, por lo que reducir el voltaje inducido es uno de nuestros objetivos de diseño.

El sistema de distribución es el principal objeto de debate en este documento., El contenido relacionado de su trabajo es el problema de la integridad de la fuente de alimentación. Sistema de distribución con resistencia, Características de Inductancia y Capacitancia, Separadamente. Las características de resistencia e Inductancia son perjudiciales para la integridad de la fuente de alimentación, Mientras que las características de Capacitancia favorecen la integridad de la fuente de alimentación. Nuestro objetivo de diseño es reducir o incluso eliminar los efectos de las características de resistencia e Inductancia, Y mejorar el efecto de las características de Capacitancia PCB Board.