PCB技術 - プリント配線板回路のパワーインテグリティ

イン プリント配線板, 一般的に我々は信号の質について非常に心配している, しかし、時々我々はしばしば研究のために信号線に閉じこもります, そして、理想的な条件として力と地面を扱う. これは問題を簡素化することができますが, しかし、デザインの高速で, この単純化はもはや実行不可能である. 回路設計のより直接的な結果は信号完全性に現れる, 我々は、この理由のためにパワー完全性設計を無視してはいけません. パワーインテグリティは最終PCBボードの信号完全性に直接影響するので. パワー完全性と信号完全性は密接に関連している, 多くの場合, 信号歪みの主な原因は、電力系統. 例えば, 地面バウンスノイズが大きすぎる, デカップリングコンデンサの設計は適切ではない, ループの影響は非常に深刻です, 多重電力の分割/地上飛行機は良くない, 下地層設計は理にかなっている, 電流が不揃いである, など.

配電系統

パワーインテグリティ設計は非常に複雑な問題であるが，近年の電力系統（電源とグランドプレーン）間のインピーダンスを制御する方法は設計の鍵である。理論的には、電力系統間のインピーダンスが低く、インピーダンスが低く、ノイズ振幅が小さくなり、電圧損失が小さくなる。

実際には, 最大電圧と電力供給範囲を指定することにより達成する目標インピーダンスを決定することができる, それから, 回路の関連する要因を調整することによって, 電力系統の各部のインピーダンス（周波数依存）は目標インピーダンスに近い。

グランドリバウンド

高速デバイスのエッジレートが0.5 nsより低い場合、大容量データバスからのデータ交換レートは極めて速い。信号に影響を与えるパワー層に強いリップルを発生させると、パワー不安定性の問題が生じる。グランドループを通過する電流が変化すると、ループインダクタンスにより電圧が発生する。立ち上がりエッジを短くすると、電流変化率が大きくなり、グランドバウンス電圧が高くなる。このときグランドプレーン（グランド）は理想的なゼロレベルではなく、理想的な直流電位ではない。同時に切り換えられるゲートの数が増加するとき、グランドバウンスはより深刻になる。128ビット・バスに対して、同じクロック・エッジ上で50～100のI／Oラインスイッチングがある。このとき、同時に切り換えられるI／Oドライバにフィードバックされる電源および接地ループのインダクタンスは、できるだけ低くなければならない。そうでなければ、静止時に同じグラウンドに接続されたときに電圧ブラシが現れる。地面バウンスは、チップ、パッケージ、コネクタ、または回路基板のような、どこでも見られることができます。そして、それはグランドバウンスを引き起こすかもしれません。そして、電力完全性問題を引き起こします。

開発の視点からPCB基板技術,デバイスの立ち上がりエッジは, そして、バスの幅は増加するだけです. 接地バウンスを許容する唯一の方法は、電力および接地分配インダクタンスを低減することである. チップ用, 配列チップに移動すること, できるだけ多くの力と地面を置く, そして、インダクタンスを減らすためにパッケージへの配線を可能な限り短くする. 包装用, それは、電源接地面間の距離をより近くにするために層パッケージングを動かすことを意味します, BGAパッケージで使用されるように. コネクタ用, それは、より多くのグランドピンを使用するか、内部電源および接地面を有するためにコネクタを再設計することを意味する, コネクタベースリボンコードなど. 回路基板用, これは、隣接する電源とグランドプレーンをできるだけ近くにすることを意味します. インダクタンスは長さに比例するので, 電源と接地の接続を可能な限り短くすることで、グラウンドノイズを低減することができる.

デカップリングコンデンサ

電源と接地の間にいくつかのコンデンサを追加することは、システムのノイズを減らすことができることを知っている, しかし、どのように多くのコンデンサはPCB基板工場回路基板に加える? 各コンデンサの適切な値は何ですか? 各コンデンサはどこにあるか? 同様に我々は一般的にこれらの問題を真剣に考えていない, ちょうどデザイナーの経験に基づきます, そして、時々、より少ない容量, より良い. 高速設計, コンデンサの寄生パラメータを考慮しなければならない, 減結合コンデンサの数を定量的に計算する, 各コンデンサの容量値及び配置の特定の位置, 系のインピーダンスが制御範囲内にあることを保証するために, 必須の減結合コンデンサである基本原理, 行方不明, 過剰コンデンサ.