Technologie PCB - Analyse de l'intégrité de l'alimentation du circuit PCB

Dans la conception de circuits imprimés, nous nous soucions généralement de la qualité du signal, mais nous avons parfois tendance à nous limiter à l'étude des lignes de signal et à traiter l'alimentation et la mise à la terre comme des situations idéales, et bien que cela puisse simplifier le problème, cette simplification n'est pas réalisable dans La conception à grande vitesse. Bien que le résultat plus direct de la conception du circuit soit l'expression de l'intégrité du signal, nous ne pouvons pas ignorer la conception de l'intégrité de l'alimentation pour cette raison. L'intégrité de l'alimentation affecte directement l'intégrité du signal de la carte PCB finale. L'intégrité de l'alimentation et l'intégrité du signal sont étroitement liées et, dans de nombreux cas, la principale cause de distorsion du signal est le système d'alimentation. Par exemple, le bruit de rebond de la terre est excessif, le condensateur de découplage est mal conçu, l'impact de la boucle est très grave, le plan de masse Multi - alimentation n'est pas bien divisé, la conception de la formation n'est pas raisonnable, le courant n'est pas uniforme, etc.

1) Système de distribution électrique

La conception de l'intégrité de l'alimentation est très complexe, mais la façon de contrôler l'impédance entre le système d'alimentation (alimentation et plan de masse) est la clé de la conception. En théorie, plus l'impédance entre les systèmes électriques est faible, plus l'impédance est faible, plus l'amplitude du bruit est faible et moins la perte de tension est importante. Dans la conception réelle, nous pouvons déterminer l'impédance cible que nous voulons atteindre en spécifiant la tension maximale et la plage de variation de l'alimentation, puis ajuster les facteurs pertinents dans le circuit pour approximer l'impédance cible (et celle liée à la fréquence) de chaque partie du système d'alimentation.

2) rebondir

Le débit d'échange de données du bus de données de masse est particulièrement rapide lorsque le débit périphérique d'un dispositif à grande vitesse est inférieur à 0,5 NS, et le problème de l'instabilité de l'alimentation se pose lorsqu'il crée de fortes ondulations dans la couche d'alimentation qui affectent le signal. Lorsque le courant à travers la boucle de terre change, une tension est générée en raison de l'inductance du circuit, le taux de variation du courant augmente et la tension de rebond de la terre augmente lorsque le front montant est raccourci. À ce stade, le plan de masse (terre) n'est pas le niveau zéro idéal et l'alimentation n'est pas le niveau DC idéal. Comme le nombre de portes de commutation simultanées augmente, le rebond de la terre devient plus grave. Pour un bus 128 bits, il peut y avoir 50 à 100 lignes io qui commutent le long de la même horloge. Dans ce cas, la rétroaction inductive des boucles d'alimentation et de mise à la terre commutées simultanément sur le pilote io doit être aussi faible que possible, sinon les fixations connectées à la même masse auront des brosses de tension. Un rebond de terre peut se produire n'importe où, par exemple sur une puce, un boîtier, un connecteur ou une carte, ce qui entraîne des problèmes d'intégrité de l'alimentation.

Du point de vue du développement technique, le front montant du dispositif ne fera que diminuer et la largeur du bus ne fera qu'augmenter. La seule façon de garder le rebond de terre acceptable est de réduire l'alimentation et l'inductance de distribution de terre. Pour une puce, cela signifie passer à une puce de matrice, placer autant d'alimentation et de mise à la terre que possible et rendre les fils connectés au boîtier aussi courts que possible pour réduire l'inductance. Pour l'encapsulation, cela signifie que la couche mobile est encapsulée de sorte que les plans de masse de l'alimentation sont plus rapprochés, comme cela est utilisé dans l'encapsulation BGA. Pour les connecteurs, cela signifie utiliser plus de broches de mise à la terre ou redessiner le connecteur pour lui donner une alimentation interne et un plan de masse, par exemple un câble à ruban basé sur le connecteur. Pour une carte, cela signifie garder les alimentations et les plans de masse adjacents aussi proches que possible. Comme l'inductance est proportionnelle à la longueur, rendre la connexion entre l'alimentation et la terre aussi courte que possible réduira le bruit de la terre.

3) capacité de découplage

Il est possible de réduire le bruit du système entre l'alimentation et l'ajout d'une certaine capacité, mais à quel point la capacité est réellement grande sur la carte, à quel point la valeur de la capacité de chaque capacité est appropriée, à quel endroit chaque capacité est - elle meilleure, nous ne pensons généralement pas sérieusement à Ces questions, mais simplement à l'expérience du concepteur, parfois même en pensant que la capacité est aussi petite que possible. Dans la conception à grande vitesse, nous devons prendre en compte les paramètres capacitifs parasites, calculer quantitativement le nombre de condensateurs de découplage et la valeur de la capacité de chaque condensateur ainsi que la position d'un emplacement spécifique, en veillant à ce que l'impédance du système soit dans la plage de contrôle, un principe de base est La nécessité de capacités de découplage, une capacité qui ne peut pas être moindre, excédentaire.