Tecnología de PCB - Diseño de la integridad de la fuente de alimentación en PCB de alta velocidad

Introducción

Con Diseño de Placa de circuito impreso Complejidad, Además del reflejo, Crosstalk, Análisis EMI de la integridad de la señal, La fuente de alimentación estable y fiable se ha convertido en una de las principales direcciones de investigación de los diseñadores.. Especialmente cuando el número de dispositivos de conmutación aumenta continuamente y la tensión del núcleo disminuye continuamente, La fluctuación de la fuente de alimentación suele tener un efecto fatal en el sistema, Por lo tanto, la gente propuso un nuevo término: la credibilidad del poder, referred to as PI (powerintegrity). En el mercado internacional actual, Diseño de circuitos integrados relativamente desarrollado, Pero el diseño de la integridad de la fuente de alimentación sigue siendo un eslabón débil. Por consiguiente,, En este trabajo se presenta el problema de la integridad de la fuente de alimentación. Placa de circuito impreso Board, Análisis de los factores que influyen en la integridad de la fuente de alimentación, El método de optimización y el diseño empírico se proponen para resolver Placa de circuito impreso Board. Tiene un fuerte valor de análisis teórico y aplicación práctica de ingeniería.. Valor.

2. Causa y análisis del ruido de la fuente de alimentación

Analizamos la causa del ruido de la fuente de alimentación a través del diagrama Nand. El diagrama de circuito de la figura 1 es un Diagram a de configuración de tres entradas y puertas no. Debido a que la puerta y no es un dispositivo digital, funciona cambiando entre los niveles "1" y "0". Con la mejora continua de la tecnología IC, la velocidad de conmutación de los dispositivos digitales es cada vez más rápida, lo que introduce más componentes de alta frecuencia. La Inductancia en el circuito es fácil de causar fluctuaciones de potencia a alta frecuencia. Como se muestra en la figura 1, cuando la entrada de la puerta y no es alta, el Transistor en el circuito se enciende, el circuito se corta instantáneamente, y la fuente de alimentación fluye hacia el suelo mientras se carga el condensador. En este punto, debido a la Inductancia parasitaria en el cable de alimentación y el cable de tierra, podemos aprender de la fórmula v = LDI / DT que esto producirá fluctuaciones de tensión en el cable de alimentación y el cable de tierra, como se muestra en la figura 2, a través del borde ascendente del nivel. Ruido. Cuando la entrada de la puerta y no es baja, el condensador se descarga en este momento, lo que producirá un gran ruido "I" en el suelo; En este punto, la fuente de alimentación sólo tiene el cambio repentino de corriente causado por el cortocircuito instantáneo del Circuito, porque el condensador no tiene carga. El cambio repentino de la corriente es menor que el borde ascendente. A través del análisis del Circuito de puerta y no, sabemos que hay dos razones principales para la inestabilidad de la fuente de alimentación: En primer lugar, cuando el dispositivo cambia a alta velocidad, la corriente alterna transitoria es demasiado grande;

La segunda es la Inductancia en el circuito actual. The so-called ground power integrity problem means that in a high-speed Placa de circuito impreso, Cuando un gran número de chips se encienden o apagan simultáneamente, Se producirá una gran corriente transitoria en el circuito. Al mismo tiempo, Debido a la Inductancia y resistencia en el cable de alimentación y el cable de tierra, Habrá fluctuaciones de tensión en ambos. Entender la naturaleza del problema de integridad de la fuente de alimentación, Sabemos que resolver el problema de la integridad de la fuente de alimentación, En primer lugar, Para equipos de alta velocidad, A ñadimos un condensador de desacoplamiento para eliminar su componente de ruido de alta frecuencia, Para reducir el tiempo transitorio de la señal; Para la Inductancia existente en el bucle, Debemos considerar el diseño jerárquico de la fuente de alimentación.

Aplicación del condensador de desacoplamiento

In Diseño de Placa de circuito impreso de alta velocidad, Los condensadores de desacoplamiento desempeñan un papel importante, Su ubicación también es importante. Esto se debe a que cuando la fuente de alimentación suministra energía a la carga durante un corto período de tiempo, La carga almacenada en el condensador puede prevenir la caída de tensión. Si el condensador se coloca en una posición incorrecta, La Impedancia de la línea puede ser demasiado grande para afectar la fuente de alimentación. Al mismo tiempo, El condensador puede filtrar el ruido de alta frecuencia durante el cambio de alta velocidad del dispositivo. A alta velocidad Diseño de Placa de circuito impreso, Normalmente agregamos condensadores de desacoplamiento a la salida de la fuente de alimentación y a la entrada de la fuente de alimentación del chip. The capacitance value close to Este power supply end is generally larger (such as 10μF). Esto se debe a que normalmente utilizamos filtros para filtrar el ruido de la fuente de alimentación, La frecuencia de resonancia de la fuente de alimentación de corriente continua puede ser relativamente baja; Al mismo tiempo, El condensador grande garantiza la estabilidad de la salida de la fuente de alimentación. Condensador de desacoplamiento para añadir al pin del chip conectado a la fuente de alimentación, its capacitance value is generally small (such as 0.1μF), Porque en chips de alta velocidad, La frecuencia del ruido es generalmente alta, Esto requiere un mayor desacoplamiento, y la frecuencia de resonancia del condensador debe ser alta, Eso es, La Capacitancia del condensador de desacoplamiento debe ser pequeña.

En cuanto a la disposición del condensador de desacoplamiento, sabemos que una disposición inadecuada aumentará la Impedancia de la línea, reducirá su frecuencia de resonancia e influirá en la fuente de alimentación. Para condensadores de desacoplamiento e inductores en chips o fuentes de alimentación, podemos utilizar la siguiente fórmula:

Donde, L: longitud del circuito entre el condensador y el chip; Radio de línea; Distancia entre el cable de alimentación y el suelo;

Por lo tanto, sabemos que para reducir l a Inductancia L, debemos reducir L y D, es decir, reducir el área de bucle formado por el condensador de desacoplamiento y el chip, es decir, el condensador y el chip deben estar lo más cerca posible del dispositivo del chip.

Cuarto, the Diseño del Circuito de alimentación

Para garantizar la integridad de la energía, sabemos que una buena red de distribución es esencial. En primer lugar, para el diseño de la línea de alimentación y la línea de tierra, debe asegurarse de que la anchura de la línea es más gruesa (por ejemplo, 40 mils de ancho y 10 mils de línea de señal normal) para minimizar la impedancia. A medida que la velocidad del chip se hace más y más alta, de acuerdo con la regla 5 / 5, utilizamos más y más placas multicapas, que son alimentadas por la capa de alimentación especial y la capa de tierra especial para formar el bucle, reduciendo así la Inductancia del circuito.