L'actualité PCB - Quel est exactement le système de distribution sur PCB

En général, le PDS fait référence à un sous - système qui distribue la puissance de l'alimentation aux appareils et composants d'un système. Les systèmes de distribution sont présents dans tous les systèmes électriques tels que les systèmes d'éclairage des bâtiments, les oscilloscopes, les cartes PCB, les boîtiers, les puces et leurs systèmes de distribution interne.

Système de distribution sur carte PCB

Dans un produit typique, le système de distribution comprend toutes les interconnexions, du module régulateur de tension (vrm) au PCB, en passant par le boîtier et la puce. Il peut être divisé en quatre parties:

Le module de régulation de tension (vrm) comprend son condensateur de filtrage - alimentation;

Capacité de volume sur PCB, capacité de découplage haute fréquence, interconnexion, via, Plan d'alimentation / masse - système de distribution sur PCB;

Broches encapsulées, lignes de jonction, interconnexions et condensateurs encapsulés – système de distribution d’énergie encapsulé;

Interconnexions sur puce et systèmes capacitifs de distribution électrique sur puce.

Cet article se concentre sur la deuxième partie, les systèmes de distribution d'énergie sur PCB. Le reste dépasse la portée de cet article.

Un système de distribution d'énergie sur un PCB est un système dans lequel le PCB distribue la puissance de l'alimentation à diverses Puces et périphériques qui doivent être alimentés. Cet article se concentre sur le système de distribution d'énergie sur PCB, nous sommes donc d'accord que le système de distribution d'énergie ou PDS mentionné ci - dessous se réfère au système de distribution d'énergie sur PCB.

Le rôle du système de distribution est de transmettre une tension correctement stable, ce qui signifie que la tension à tous les endroits sur le PCB peut rester correctement stable dans toutes les conditions de charge. L'étude du fonctionnement correct et stable des systèmes de distribution est appelée le problème de l'intégrité électrique.

Intégrité de puissance

L'intégrité de l'alimentation fait référence à la mesure dans laquelle l'alimentation d'un système, après avoir traversé le système de distribution, satisfait aux exigences d'alimentation aux ports de l'appareil nécessitant une alimentation.

En général, les composants sur PCB qui nécessitent une alimentation électrique ont certaines exigences pour l'alimentation de travail. Prenons l'exemple d'une puce, qui est généralement exprimée en trois paramètres:

Tension d'alimentation limite: se réfère à la tension d'alimentation limite que la broche d'alimentation de la puce peut supporter. La tension d'alimentation de la puce ne peut pas dépasser la plage requise; Sinon, la puce peut être endommagée. Dans cette gamme, le fonctionnement de la puce n'est pas garanti; Si la puce persiste pendant un certain temps dans les valeurs limites de ce paramètre, cela affecte la stabilité à long terme de la puce.

Tension de fonctionnement recommandée: se réfère à la plage de tension que la broche d'alimentation de la puce doit respecter pour que la puce fonctionne correctement et de manière fiable. Il est généralement représenté par « V ± X% », où V est la tension de fonctionnement typique de la broche d'alimentation de la puce, X% est la plage de fluctuation de tension autorisée et X commun est 5 ou 3.

Bruit d'alimentation: la tension de la broche d'alimentation de la puce permet à la puce de fonctionner de manière fiable et normale avec un bruit ondulé, représenté par son pic.

Les exigences de « tension d'alimentation limite» et de « tension de fonctionnement recommandée» sont généralement fournies pour la puce, mais le « bruit d'alimentation» peut ne pas être fourni séparément, ce qui peut être inclus dans le paramètre « tension de fonctionnement recommandée». "Power Noise" est le point central de cet article, qui sera discuté séparément plus tard.

Pour illustrer l'exemple ci - dessus, le problème d'intégrité de l'alimentation est de discuter de la façon dont l'alimentation du système, après avoir traversé le système de distribution, satisfait aux exigences de "tension d'alimentation limite", "tension de fonctionnement recommandée" et "bruit d'alimentation" aux différentes broches d'alimentation de La puce.

Trois caractéristiques du système de distribution

Les supports physiques des systèmes de distribution sont variés et comprennent des connecteurs, des câbles, des traces, des plans d'alimentation, des plans GNd, des trous, des soudures, des plots, des broches de puce, etc. Ils diffèrent par leurs caractéristiques physiques (matériaux, formes, dimensions, etc.). Comme le but d'un système de distribution est de fournir la puissance de l'alimentation du système aux appareils qui en ont besoin, Pour fournir une tension stable et une boucle de courant complète, nous nous concentrons uniquement sur trois caractéristiques électriques du système de distribution: les propriétés résistives, les propriétés inductives et les propriétés capacitives.

Caractéristiques de résistance

La résistance est la grandeur physique qui représente l'action obstructive d'un conducteur sur un courant continu, généralement notée R. sa principale caractéristique physique est que lorsque le courant I est obsolète, l'énergie électrique est convertie en énergie thermique (i2r), créant une chute de tension continue (IR) aux bornes.

La résistance est une caractéristique du conducteur lui - même, liée à la température, au matériau, à la longueur et à la section transversale du conducteur, déterminée par la formule 1.1:

- - Résistivité du conducteur

- - longueur du fil

- - zone de section transversale du fil

Parmi lesquels

Une propriété physique des conducteurs, liée à la température. La résistivité du métal augmente généralement avec la température.

Les résistances électriques sont omniprésentes dans les systèmes de distribution: les résistances DC et les résistances de contact sont présentes dans les câbles et les connecteurs, les résistances distribuées sont présentes dans les fils de cuivre, les couches d'alimentation, les strates et les Vias, les résistances DC sont présentes dans les soudures, les Plots et les broches de puce, et les résistances de contact existent entre eux.

Lorsque le courant circule à travers ces résistances, elles ont deux effets:

Chute de tension continue (IR drop): cet effet entraîne une diminution progressive de la tension d'alimentation le long du réseau de distribution ou une augmentation de la tension de la masse de référence, ce qui réduit la tension aux ports des appareils nécessitant une alimentation, ce qui entraîne des problèmes d'intégrité de l'alimentation.

Dissipation de puissance thermique: la dissipation de puissance thermique convertit la puissance de l'alimentation en chaleur et augmente la température du système, ce qui affecte la stabilité et la fiabilité du système.

Équivalent la résistance et la charge du système de distribution en circuit électrique, comme le montre la figure 1.1:

Où vsource représente la tension d'alimentation, voutput la tension de sortie, RS la résistance d'alimentation, R1 la résistance de distribution sur le chemin d'alimentation et R2 la résistance de distribution sur le chemin de retour. En supposant que le courant de boucle est I, la tension d'alimentation de la charge est représentée par l'équation 1.2:

La chute de tension IRS sur RS diminue la tension de sortie voutput de l'alimentation, la chute de tension ir1 sur le trajet d'alimentation diminue la tension d'alimentation VCC de la charge et la chute de tension iR2 sur le trajet de retour augmente le niveau GNd de la charge. La chute de tension des résistances RS, R1 et R2 décrite ci - dessus va réduire la tension d'alimentation VCC GNd de la charge, ce qui entraîne des problèmes d'intégrité de l'alimentation.

La perte de chaleur sur la résistance du système de distribution entraîne la conversion de la puissance de l'alimentation en chaleur et sa dissipation, ce qui réduit l'efficacité du système. Dans le même temps, le chauffage peut provoquer une augmentation de la température du système et réduire la durée de vie de certains équipements, tels que les condensateurs électrolytiques, ce qui affecte la stabilité et la fiabilité du système. Des densités de courant excessives dans certaines régions peuvent également entraîner une augmentation continue de la température locale, voire une brûlure.

Il ressort de l'analyse ci - dessus que ces deux effets sont nocifs pour le système et que leurs effets sont proportionnels à la taille de la valeur de la résistance, de sorte que la réduction des caractéristiques de résistance du système de distribution est l'un de nos objectifs de conception.

Propriétés inductives

Une inductance est une grandeur physique qui caractérise la résistance d'un conducteur à un courant alternatif. Lorsque le courant circule à travers un conducteur, un champ magnétique se forme autour du conducteur. Lorsque le courant change, le champ magnétique change également, et le champ magnétique changeant crée une tension induite aux extrémités du conducteur. La polarité de la tension peut faire que le courant induit entrave les variations du courant d'origine. Lorsque les variations du champ magnétique autour d'un conducteur sont causées par des variations du courant dans d'autres conducteurs, une tension induite est également générée dans le conducteur, et la polarité de la tension provoque le courant induit à entraver les variations du courant d'origine. L'effet d'un tel conducteur sur les variations de courant est appelé inductance, la première Self l et la seconde mutuelle M. nous donnons ici directement deux caractéristiques de la mutuelle inductance:

Symétrie: deux conducteurs a et B, quelle que soit leur taille, leur forme et leur position relative, l'inductance mutuelle du conducteur a pour le conducteur B étant égale à l'inductance mutuelle du conducteur B pour le conducteur a, c'est - à - dire que l'inductance mutuelle est la même pour les deux conducteurs;

Inductance mutuelle inférieure à la Self - inductance: l'inductance mutuelle de deux conducteurs est inférieure à la Self - inductance de l'un d'eux.