Technologie PCB - Intégrité de puissance dans les circuits imprimés de carte de circuit imprimé de PCB

Dans la conception de circuits PCB, nous sommes généralement très préoccupés par la qualité du signal, mais parfois nous avons tendance à nous limiter aux lignes de signal pour la recherche et à considérer l'alimentation et la mise à la terre comme des conditions idéales. Bien que cela puisse simplifier le problème, cette simplification n'est plus possible lors de la conception à grande vitesse. Bien que les résultats plus immédiats de la conception du circuit se manifestent dans l'intégrité du signal, nous ne devons pas négliger la conception de l'intégrité de l'alimentation pour cette raison. Parce que l'intégrité de l'alimentation affecte directement l'intégrité du signal de la carte PCB finale. L'intégrité électrique et l'intégrité du signal sont étroitement liées et, dans de nombreux cas, la principale cause de distorsion du signal est le système électrique. Par exemple, le bruit de rebond de la terre est excessif, la conception des condensateurs de découplage n'est pas appropriée, l'impact de la boucle est très grave, la Division de plusieurs plans d'alimentation / terre n'est pas bonne, la conception de la couche de terre n'est pas raisonnable, le courant n'est pas uniforme, etc.

1) Système de distribution électrique

La conception de l'intégrité électrique est une question très complexe, mais la façon dont l'impédance entre les systèmes d'alimentation (alimentation et plan de masse) est contrôlée ces dernières années 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 d'alimentation, puis en ajustant les facteurs pertinents dans le circuit pour que l'impédance de chaque partie du système d'alimentation (liée à la fréquence) soit proche de l'impédance cible.

2) rebond du sol

Le taux d'échange de données à partir d'un bus de données de grande capacité est très rapide lorsque le débit périphérique d'un périphérique haute vitesse est inférieur à 0,5 ns. Le problème de l'instabilité de puissance se pose lorsqu'il crée de fortes ondulations dans la couche de puissance, affectant ainsi le signal. Lorsque le courant traversant la boucle de masse varie, une tension est générée en raison de l'inductance de la boucle. Lorsque le front montant se rétrécit, le taux de variation du courant augmente et la tension de rebond de la terre augmente. À ce stade, le plan de masse (terre) n'est plus le niveau zéro idéal et l'alimentation n'est pas le potentiel DC idéal. Lorsque le nombre de portes commutées simultanément augmente, le rebond du sol devient plus grave. Pour un bus de 128 bits, il peut y avoir 50 - 100 lignes d'E / s qui basculent sur le même front d'horloge. À ce stade, l'inductance de la boucle d'alimentation et de mise à la terre du conducteur d'E / s commuté simultanément doit être aussi faible que possible, sinon un balai de tension apparaîtra lorsqu'il est connecté à la même masse au repos. Le rebond de la terre est visible partout, comme dans une puce, un boîtier, un connecteur ou une carte de circuit, ce qui peut entraîner un rebond de la terre et donc des problèmes d'intégrité de l'alimentation.

Du point de vue du développement de la technologie PCB, 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 la puissance 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 se connecter au boîtier aussi rapidement que possible pour réduire l'inductance. Pour l'encapsulation, cela signifie déplacer l'encapsulation de la couche, en rapprochant les distances entre les plans de masse de l'alimentation, 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) condensateur de découplage

Nous savons tous que l'ajout de condensateurs entre l'alimentation et la terre peut réduire le bruit du système, mais combien de condensateurs une usine de PCB devrait - elle ajouter à la carte? Quelle est la bonne valeur pour chaque condensateur? Où est le meilleur pour chaque condensateur? De même, nous ne prenons généralement pas ces questions au sérieux, simplement en nous basant sur l'expérience des concepteurs et parfois même en pensant que plus la capacité est petite, mieux c'est. Dans la conception à grande vitesse, nous devons prendre en compte les paramètres parasites des condensateurs, calculer quantitativement le nombre de condensateurs de découplage, la valeur de la capacité de chaque condensateur et l'emplacement spécifique où il est placé pour s'assurer que l'impédance du système est dans la plage de contrôle, ce qui est un principe de base. C'est la capacité de découplage requise, dont aucun n'est manquant, Et il n'y a pas de condensateur en excès.