Blogue PCB - Qu'est - ce que le système de distribution d'énergie sur la carte PCB

Ce que nous montrons hUn.bituellement ci - dessus PCB board, the Pouvoir 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. Tous les systèmes électriques ont des systèmes de distribution, Par exemple, les systèmes d'éclairage des bâtiments, Oscilloscope, a PCB board, Un paquet, Et les puces, Tout cela a un système de distribution interne.

Système de distribution sur PCB

Dans un produit typique, le système de distribution comprend toutes les interconnexions du module de régulation de la tension (vrm) à la carte PCB, au paquet et à la puce. Il peut être divisé en quatre parties: module de régulation de la tension (vrm), y compris son condensateur de filtre - alimentation électrique; Condensateurs en vrac sur PCB, condensateurs de découplage à haute fréquence, interconnexions, trous de travers, alimentation / sol - système de distribution de PCB emballé; Broches encapsulées, fils de connexion, interconnexions et condensateurs encapsulés - systèmes de distribution encapsulés; Interconnexions et condensateurs sur puce, Attendez.. - systèmes de distribution sur puce. Le soi - disant Système de distribution d'énergie sur PCB se réfère à un système sur PCB qui distribue l'alimentation électrique à toutes sortes de puces et d'équipements qui ont besoin d'alimentation. Le présent document porte principalement sur les systèmes de distribution d'énergie sur les cartes à PCB, de sorte que nous convenons que les systèmes de distribution d'énergie ou les PDS mentionnés ci - dessous se réfèrent aux systèmes de distribution d'énergie sur les cartes à PCB. La fonction du système de distribution est de transmettre une tension correcte et stable, ce qui signifie que la tension peut être maintenue correcte et stable à toutes les positions sur les PCB dans toutes les conditions de charge. La recherche sur le fonctionnement correct et stable du système de distribution est ce que nous appelons le problème de l'intégrité de l'alimentation électrique.

Intégrité de l'alimentation électrique

L'intégrité de l'alimentation électrique fait référence à la mesure dans laquelle l'alimentation électrique du système satisfait aux exigences de l'alimentation électrique de fonctionnement par rapport au port de l'équipement qui a besoin d'alimentation électrique après avoir traversé le système de distribution. En général, l'équipement qui a besoin d'alimentation électrique sur la carte PCB a certaines exigences pour l'alimentation électrique de fonctionnement. Par exemple, une puce affiche habituellement trois paramètres: la tension d'alimentation limite: la tension d'alimentation limite que les broches d'alimentation de la puce peuvent supporter. La tension d'alimentation de la puce ne doit pas dépasser la plage requise de ce paramètre, sinon la puce peut être endommagée; Dans cette plage, la fonction de la puce ne peut être garantie; Si la puce est à la valeur limite de ce paramètre pendant un certain temps, la stabilité à long terme de la puce sera affectée. Tension de fonctionnement recommandée: se réfère à la plage dans laquelle la tension de la broche d'alimentation de la puce doit assurer un fonctionnement normal et fiable de la puce, généralement exprimée comme « V ± X% », où V est la valeur typique de la tension de fonctionnement de la broche d'alimentation de la puce, X% est la plage de fluctuation de tension admissible, et habituellement X est 5 ou 3; Bruit d'alimentation: il s'agit du bruit d'ondulation admissible sur la tension de la goupille d'alimentation de la puce, de sorte que la puce fonctionne normalement et de façon fiable, habituellement caractérisé par son pic de crête. La fiche technique de la puce fournit généralement les exigences relatives à la « tension d'alimentation limite» et à la « tension de fonctionnement recommandée». Pour le "bruit d'alimentation", ne peut pas être fourni séparément. Dans ce cas, il peut être inclus dans le paramètre "tension de fonctionnement recommandée". Le bruit d'alimentation est au centre de cet article et sera discuté séparément plus loin. Comme l'illustre l'exemple ci - dessus, le problème de l'intégrité de l'alimentation électrique est de discuter de la « tension d'alimentation limite » et de la « tension de fonctionnement recommandée » des différentes broches d'alimentation de la puce par rapport aux broches de la puce après que l'alimentation électrique du système passe par le système de distribution. Exigences relatives au « bruit de puissance».

Trois caractéristiques du système de distribution

Les supports physiques du système de distribution sont variés, y compris les connecteurs, les câbles, la trace, le plan d'alimentation, le plan GNd, Adoption, pad, les broches de puce, etc. leurs caractéristiques physiques (matériau, forme, taille, etc.) sont différentes. Étant donné que le but du système de distribution est de fournir l'alimentation du système à l'équipement qui doit être alimenté pour fournir une tension stable et une boucle de courant complète, nous nous concentrons uniquement sur les trois caractéristiques électriques du système de distribution: les caractéristiques de résistance, les caractéristiques d'inductance et les caractéristiques de capacité.

Caractéristiques de résistance

La r ésistance est la quantité physique qui caractérise la résistance du conducteur au courant continu, habituellement exprimée en R. sa principale caractéristique physique est que lorsque le courant I coule, il convertit l'énergie électrique en énergie thermique (i2r) et génère une chute de tension en courant continu (IR) sur elle. Est une propriété physique du conducteur, liée à la température, la résistivité du métal augmente généralement avec l'augmentation de la température. Il y a des résistances partout dans le système de distribution: des résistances en courant continu et des résistances de contact dans les câbles et les connecteurs, des résistances de distribution dans les fils de cuivre, les couches d'alimentation, les couches de sol et les trous de travers, et des résistances en courant continu dans les soudures, Les Pads et les broches de puce. Il y a une résistance au contact entre eux. Chute de tension IR: cet effet provoque une diminution progressive de la tension d'alimentation le long du réseau de distribution ou une augmentation de la tension de référence au sol, réduisant ainsi la tension au port de l'équipement nécessitant une alimentation électrique, ce qui entraîne des problèmes d'intégrité de l'alimentation électrique; Dissipation de l'énergie thermique: cet effet réduira la conversion de l'énergie électrique en chaleur, tout en augmentant la température du système, ce qui nuira à la stabilité et à la fiabilité du système. La chute de tension IRS sur RS réduit la tension de sortie de la source d'énergie voutput, la chute de tension ir1 sur la trajectoire d'alimentation réduit la tension d'alimentation VCC de la charge et la chute de tension iR2 sur la trajectoire de retour augmente le niveau GNd de la charge. La chute de tension des résistances RS, R1 et R2 ci - dessus entraîne une diminution de la tension d'alimentation VCC - GNd de la charge et des problèmes d'intégrité de l'alimentation. La perte de chaleur due à la résistance du système de distribution entraîne la conversion de la puissance de l'alimentation en chaleur et sa dissipation inutile, ce qui réduit l'efficacité du système. En même temps, le chauffage peut augmenter 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. Une densité de courant excessive dans certaines zones peut également entraîner une augmentation continue de la température locale, voire une combustion. L'analyse ci - dessus montre que ces deux effets sont nocifs pour le système et que leur effet est proportionnel à la valeur de résistance de la résistance, de sorte que la réduction des caractéristiques de résistance du système de distribution est l'un de nos objectifs de conception.

Caractéristiques inductives

L'inductance est la quantité physique qui caractérise la résistance du conducteur au courant alternatif. Lorsque le courant traverse le conducteur, un champ magnétique se forme autour du conducteur. Au fur et à mesure que le courant change, le champ magnétique change, créant une tension induite aux deux extrémités du conducteur. La polarité de la tension provoquera une induction et le courant empêchera le changement du courant d'origine. Lorsque des changements de courant dans d'autres conducteurs autour du conducteur provoquent des changements dans le champ magnétique autour du conducteur, une tension induite est également générée dans le conducteur, et la polarité de la tension provoque un courant induit qui bloque le courant d'origine. Changement. L'action de ce conducteur qui empêche le changement de courant est appelée inductance, la première étant appelée auto - inductance l, et la seconde étant l'inductance mutuelle M. ici, nous donnons directement deux propriétés de l'inductance mutuelle: la symétrie: deux conducteurs a et B, quelle que soit leur taille, leur forme et leur position relative, L'inductance mutuelle du conducteur a au conducteur B est égale à l'inductance mutuelle du conducteur B au conducteur a, c'est - à - dire que l'inductance mutuelle des deux conducteurs est la même; L'inductance mutuelle est inférieure à l'auto - inductance: l'inductance mutuelle de deux conducteurs est inférieure à l'auto - inductance de l'un d'eux. La tension induite par les changements de courant est importante pour l'intégrité du signal, y compris l'intégrité de l'alimentation électrique, et peut entraîner des effets de ligne de transmission, des changements soudains, des échanges croisés, des SSN, des affaissements de voie, des sauts au sol et la plupart des EMI. Dans le système de distribution, l'inductance est omniprésente. Les connecteurs, les câbles, les fils de cuivre, les couches d'alimentation, les couches de mise à la terre, les trous de travers, les Pads, les broches de puce, etc., ont tous des inductances et des inductances mutuelles entre les conducteurs qui sont proches les uns des autres. Supposons que l'auto - inductance locale de la branche a soit la, que l'auto - inductance locale de la branche B soit LB, que l'inductance mutuelle locale entre les deux branches soit m et que le courant dans la boucle soit I. comme les deux branches sont parallèles et que le courant s'écoule dans la direction opposée, Elles produisent un champ magnétique dans la direction opposée. En supposant que I augmente, pour la branche a, la polarité de la tension induite générée par la empêchera I d'augmenter dans la branche a, mais la polarité de la tension induite générée par m facilitera l'augmentation de I dans la branche A. si la branche a représente la trajectoire d'alimentation, la branche b Représente la trajectoire de retour et la branche va représente le bruit d'alimentation sur la trajectoire d'alimentation (panne de voie / rebond d'alimentation), VB représente le bruit d'affaissement de la voie / rebond du sol sur la trajectoire de retour. Ces deux bruits peuvent causer une tension d'alimentation instable et des problèmes d'intégrité de l'alimentation. L'un de nos objectifs de conception est donc de réduire ces deux tensions. Il existe deux approches: réduire autant que possible le taux de variation du courant de boucle, ce qui signifie qu'il faut réduire la vitesse de variation soudaine du courant attiré par la charge et limiter le nombre de ports d'alimentation partageant les voies d'alimentation et de retour; L'inductance mutuelle locale entre les deux branches. Réduire l'auto - inductance locale des branches signifie utiliser les voies de puissance et de retour les plus courtes et les plus larges possibles. L'augmentation de l'inductance mutuelle locale signifie que les deux branches doivent être parallèles. Et aussi près que possible de l'inverse. L'analyse ci - dessus montre que la tension induite par l'inductance est à l'origine de nombreux problèmes d'intégrité de l'alimentation électrique lorsque le courant change, de sorte que la réduction de la tension induite ci - dessus dans le système de distribution est l'un de nos objectifs de conception.

Le système de distribution est l'objet principal de cet article, Le contenu pertinent de son travail est l'intégrité de l'alimentation électrique.. Le système de distribution a une résistance, Caractéristiques de l'inductance et de la capacité, Séparément.. Les caractéristiques de résistance et d'inductance nuisent à l'intégrité de l'alimentation électrique, La caractéristique Capacitive est favorable à l'intégrité de l'alimentation électrique. Notre objectif de conception est de réduire ou même d'éliminer les effets des caractéristiques de résistance et d'inductance, Et améliorer la capacité PCB board.