Tecnología de PCB - Cómo equilibrar el diseño de la fuente de alimentación de PCB

Al diseñar placas de PCB más complejas, debe hacer algunas compensaciones de diseño. Debido a estas compensaciones, hay varios factores que afectan el diseño de la red de distribución de pcb.

Cómo equilibrar el diseño de la fuente de alimentación de PCB

Cuando el capacitor está instalado en el pcb, habrá un inductor de bucle adicional, que está relacionado con la instalación del capacitor. El valor de la inducción del bucle depende del diseño. La inducción del circuito depende del ancho y la longitud de la línea desde el capacitor hasta el agujero, la longitud de la línea que conecta el capacitor al plano de alimentación / tierra, la distancia entre los dos agujeros, el diámetro del agujero, la almohadilla del capacitor, etc. la figura 1 muestra los patrones de instalación de varios condensadores.

Puntos clave de diseño para reducir la inducción del Circuito del capacitor:

El agujero debe estar lo más cerca posible del capacitor. Reducir la distancia entre los agujeros de alimentación / tierra. Si es posible, se utilizan varios pares de agujeros de alimentación / tierra paralelos. Por ejemplo, los dos agujeros con la polo opuesta de la corriente deben estar lo más cerca posible, mientras que los agujeros con la misma polo de la corriente deben estar lo más lejos posible.

Conecte el agujero al pin del capacitor con un cable corto y ancho.

Coloque el capacitor en la superficie del PCB (superior e inferior) lo más cerca posible de su correspondiente plano de alimentación / tierra. Esto reduce la distancia entre los agujeros. Uso de electrolitos delgados entre la fuente de alimentación / tierra.

A continuación, hay tres situaciones de diseño diferentes para la instalación de condensadores y la propagación de inductores. La figura 2 muestra la introducción de inductores en el circuito en diversas condiciones de diseño.

Caso 1 - mal diseño

Los diseñadores no prestan atención al diseño de la red de distribución (pdn).

El espaciamiento de los agujeros no está optimizado.

La distancia entre la fuente de alimentación y el plano de tierra no está optimizada.

La distancia del cable entre el agujero y el pin del capacitor es más larga.

Para todo el tamaño de la bobina de inducción del anillo, la bobina de inducción del anillo proviene principalmente de la línea dispuesta, porque la longitud de la línea mal diseñada es cinco veces mayor que la de las otras dos situaciones (buen diseño y muy buen diseño). La distancia desde la base donde se instala el capacitor hasta el plano cercano también es el factor principal del tamaño de la inducción del circuito. Debido a que esto no está optimizado (10 mil), el cableado tiene un gran impacto en el tamaño de la inducción de todo el circuito. Además, debido a que el diseñador utilizó 10 miles de material dieléctrico entre la fuente de alimentación y el suelo, el factor secundario en la bobina de inducción del circuito proviene de la bobina de inducción de transmisión. Sin optimización, la distancia entre los agujeros no es tan importante como la longitud de los agujeros. Cuanto más largo sea el agujero, mayor será el efecto del agujero.

Caso 2 - buen diseño

El diseñador se centra en el diseño de algunas redes de distribución (pdn).

Se ha mejorado el espaciamiento de los agujeros. La longitud del agujero se mantiene sin cambios.

Se mejora la distancia entre la fuente de alimentación y el suelo.

Se optimiza la distancia de alambre desde el agujero hasta el pin del capacitor.

La inducción del Circuito del cable sigue siendo el principal contribuyente a la inducción de todo el circuito. Sin embargo, la inducción de un circuito bien diseñado es aproximadamente 2,7 veces mayor que la de un circuito mal diseñado. Debido a que el diseñador redujo el espesor del dieléctrico de 10 mil a 5 mil, la inducción de transmisión se redujo a la mitad. Al reducir la distancia entre las perforaciones, la fuerza de impacto de las perforaciones aumenta ligeramente.

Los diseñadores dan gran importancia al diseño de pdn.

Se ha mejorado el espaciamiento y la longitud de los agujeros.

La distancia entre la fuente de alimentación y el suelo también se ha optimizado completamente.

Se optimiza la distancia de alambre desde el agujero hasta el pin del capacitor.

Un inductor de muy buen diseño es aproximadamente 7,65 veces mayor que un inductor de mal diseño. Esto se logra reduciendo el espesor en el PCB desde la superficie inferior del condensadores de montaje hasta la capa casi plana debido a la reducción de la longitud del cableado. Debido a que el diseñador ha optimizado el espesor de la capa electrolítica entre la fuente de alimentación y el suelo, la inducción de transmisión se reduce considerablemente. Debido a que la distancia entre los agujeros y la longitud de los agujeros se reducen considerablemente, la inducción del bucle a través de los agujeros también aumenta significativamente. En comparación con el mal diseño, la inducción del circuito total de muy buen diseño se reduce en uno de los siete factores Principales.

En el pcb, mediante la instalación de condensadores, se introducen inductores adicionales a través de anillos de agujero, lo que reduce la frecuencia de resonancia de los condensadores. Esto debe tenerse en cuenta al diseñar la red de distribución (pdn). En el diseño de alta frecuencia, reducir la inducción del circuito es una forma obvia de reducir la resistencia.

Para una fuente de alimentación dada, el PCB generado por la herramienta pdn muestra una apariencia muy buena a una frecuencia de corte más alta que un diseño muy bueno o un diseño malo. Esto puede ser lo contrario de los resultados esperados, ya que el desacoplamiento a frecuencias de corte más altas requiere más condensadores que el desacoplamiento a frecuencias de corte más bajas. Con un buen diseño, una frecuencia de corte más alta significa que una frecuencia más alta puede desacoplarse. Los condensadores colocados en el PCB tienen un efecto de desacoplamiento en el ruido de hasta alta frecuencia.

En el caso de un diseño deficiente, los PCB que superan la frecuencia de corte más baja no pueden desvincularse. Cualquier adición adicional de condensadores, es decir, la adición de condensadores de desacoplamiento más allá de la frecuencia de corte, solo aumentará el costo de bom y no tendrá ningún impacto en el efecto de desacoplamiento. En comparación con un diseño muy bueno, el diseño de la red de distribución es más vulnerable al ruido de una frecuencia específica cuando el diseño es pobre. Como otro ejemplo, Supongamos que el espesor total de los PCB de 20 capas es de 115 milímetros. El piso de alimentación está en el tercer piso. El espesor desde la capa (la capa donde se encuentra la fpgas) hasta la capa 3 es de 12 milímetros. Así, el espesor desde la parte inferior hasta la tercera capa es de 103 milímetros. Después de 3 mil, la fuente de alimentación y la formación están separadas por el dieléctrico. El tamaño de la bobina de inducción del agujero bga para esta órbita es de 5nh (5 pares de agujeros para esta órbita de potencia). Para hacer frente al área de diseño cercano de la capa, los condensadores de desacoplamiento asociados a ella se instalan en la parte inferior. Debido a la larga perforación de este dispositivo, este compromiso hace que el valor de inducción de la instalación del capacitor sea muy alto. Después de una optimización completa, la bobina de inducción de instalación del capacitor encapsulado 0402 es de 2,3nh en la parte inferior y 0,57nh en el mismo capacitor en la capa.

Para mejorar el efecto pdn de la pista, se pueden colocar algunos condensadores de alta frecuencia en la capa, manteniendo al mismo tiempo los condensadores de frecuencia intermedia y gran capacidad en la posición original de la capa inferior. Este diseño de circuito es la solución de Corte para pdn, ya que los condensadores de alta frecuencia son condensadores que responden por debajo de la frecuencia de Corte. La influencia del capacitor depende de la bobina de inducción del circuito general (bobina de inducción de instalación del capacitor + bobina de inducción de transmisión + bobina de inducción de agujero bga) y la fpgas. Puede colocar condensadores de alta frecuencia en esta capa y alejarse ligeramente de la fpgas. El inductor de propagación del capacitor colocado fuera de la zona de avance de la FPGAs es de 0,2nh. este nuevo método de colocación es beneficioso en comparación con el método original de colocación de bajo nivel, ya que cuando se coloca en la parte inferior, el inductor de circuito total (0,57nh + 0,2nh + 0,05nh = 0,82nh) es menor que el inductor total.

La inducción de propagación de la placa de PCB depende del diseño y existe uniformemente en el medio entre la fuente de alimentación y el plano de tierra. El grosor de 3 mil o menos está diseñado para reducir la inducción de transmisión plana. Puede seguir estas pautas de diseño para mejorar el rendimiento de la pdn. Las siguientes son algunas guías de diseño de importancia secuencial, y las guías de diseño capa por capa son importantes.