PCB Tecnico - Analisi dell'integrità dell'alimentazione elettrica nel circuito PCB

Nella progettazione di circuiti stampati, siamo generalmente preoccupati per la qualità del segnale, ma a volte siamo spesso limitati alla ricerca della linea di segnale e l'alimentazione elettrica e la terra come situazione ideale da affrontare, anche se questo può rendere il problema semplificato, ma nella progettazione ad alta velocità, questa semplificazione non è fattibile. Sebbene il risultato più diretto della progettazione del circuito sia l'espressione dell'integrità del segnale, non dobbiamo quindi ignorare la progettazione dell'integrità dell'alimentazione elettrica. L'integrità dell'alimentazione elettrica influisce direttamente sull'integrità del segnale della scheda PCB finale. L'integrità dell'alimentazione elettrica e l'integrità del segnale sono strettamente correlate e, in molti casi, la causa principale della distorsione del segnale è il sistema di alimentazione. Ad esempio, il rumore di rimbalzo del suolo è troppo grande, il design del condensatore di disaccoppiamento è inappropriato, l'influenza del ciclo è molto grave, la segmentazione del piano di terra dell'alimentazione multipla non è buona, il design dello strato è irragionevole, la corrente non è uniforme e così via.

1) Sistema di distribuzione dell'energia

La progettazione dell'integrità dell'alimentazione elettrica è molto complicata, ma come controllare l'impedenza tra il sistema di alimentazione (alimentazione elettrica e piano di terra) è la chiave per la progettazione. In teoria, minore è l'impedenza tra i sistemi di alimentazione, migliore è, minore è l'impedenza, minore è l'ampiezza del rumore, minore è la perdita di tensione. Nella progettazione pratica, possiamo determinare l'impedenza target che speriamo di raggiungere specificando la gamma massima di variazione della tensione e dell'alimentazione elettrica e quindi regolare i fattori rilevanti nel circuito per rendere l'impedenza di ogni parte del sistema di alimentazione (e relativa alla frequenza) dell'impedenza target per approssimarsi.

2) Per rimbalzare

Quando il tasso di edge dei dispositivi ad alta velocità è inferiore a 0,5ns, il tasso di cambio dati dal bus dati di grande capacità è particolarmente veloce e il problema di instabilità dell'alimentazione elettrica si verifica quando produce forti increspature nello strato di alimentazione che influenzano il segnale. Quando la corrente attraverso il circuito di terra cambia, perché l'induttanza del circuito produrrà una tensione, quando il bordo ascendente si accorcia, il tasso di cambiamento della corrente aumenta, la tensione di rimbalzo a terra aumenta. A questo punto, il piano di terra (terra) non è il livello zero ideale e l'alimentazione non è il livello DC ideale. Man mano che il numero di cancelli di commutazione simultanea aumenta, il rimbalzo del suolo diventa più grave. Per un bus a 128 bit, possono esserci linee IO 50_100 che commutano lungo lo stesso orologio. In questo caso, il feedback dell'induttanza all'alimentazione elettrica e all'anello di massa del driver IO commutato contemporaneamente deve essere il più basso possibile, altrimenti, il fermo collegato alla stessa terra avrà una spazzola di tensione. Il rimbalzo a terra può verificarsi ovunque, ad esempio su chip, pacchetti, connettori o circuiti stampati, con conseguente problemi di integrità dell'alimentazione.

Dal punto di vista dello sviluppo tecnologico, il bordo crescente del dispositivo diminuirà e la larghezza del bus aumenterà solo. L'unico modo per mantenere accettabile il rimbalzo a terra è ridurre l'induttanza dell'alimentazione elettrica e della distribuzione a terra. Per il chip, ciò significa passare a un chip array, posizionare quanta più potenza e terra possibile, e rendere i fili al pacchetto il più corto possibile per ridurre l'induttanza. Per l'incapsulamento, ciò significa incapsulamento di strato mobile in modo che i piani di terra dell'alimentazione elettrica siano più distanziati, come utilizzato nell'incapsulamento BGA. Per i connettori, ciò significa utilizzare più pin di massa o riprogettare il connettore per avere un alimentatore interno e un piano di massa, come un cavo a nastro basato su linker. Per un circuito stampato, questo significa rendere l'alimentazione elettrica adiacente e il piano di terra il più vicino possibile. Poiché l'induttanza è proporzionale alla lunghezza, rendere il collegamento tra alimentazione elettrica e terra il più breve possibile ridurrà il rumore del suolo.

3) Capacità di disaccoppiamento

Tra l'alimentazione elettrica e l'aggiunta di qualche capacitanza può ridurre il rumore del sistema, ma esattamente quanta capacitanza sulla capacità del circuito di ogni capacitanza valore quanto adatto ogni condensatore in quale posizione migliore come di solito non andavamo a considerare seriamente questi problemi, solo per esperienza del progettista, a volte anche pensare capacità il meno possibile. Nella progettazione di alta velocità, dobbiamo considerare il parametro di capacità parassitaria, calcolare quantitativamente il numero di condensatori di disaccoppiamento e il valore di capacità di ogni condensatore e posizionamento di posizione specifica, garantire che l'impedenza del sistema nella gamma di controllo, un principio di base è la necessità di disaccoppiare condensatore, non si può essere poco, capacità in eccesso.