Technologie PCB - Intégrité du signal d'alimentation dans la conception et la mise en page de PCB

Dans la conception de PCB, nous nous soucions généralement de la qualité du signal, mais nous avons parfois 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, c'est dans une conception à grande vitesse. En Chine, cette simplification n’est plus possible. 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) condensateur de découplage

Nous savons tous que l'ajout de quelques condensateurs entre l'alimentation et la terre peut réduire le bruit d'un système, mais combien de condensateurs devraient être ajoutés à la carte? Quelle est la capacité de chaque condensateur? Quelle est la meilleure position de chaque condensateur? Semblable à ces questions, nous ne pensons généralement pas sérieusement, mais le faisons en fonction de l'expérience du concepteur, 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.

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 technique, le bord montant de ce dispositif ne fera que diminuer et la largeur du bus ne fera qu'augmenter. La seule façon de maintenir le rebond de terre à un niveau 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 connecter le câblage au boîtier le plus court 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) Système de distribution électrique

La conception de l'intégrité de l'alimentation est une question très complexe dans la mise en page et la conception de PCB, mais la façon dont l'impédance entre le système 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.