전자 설계 - PCB 보드 설계 전원 무결성 분석

PCB 설계에서 신호에 안정적인 전압과 적절한 전압 분포를 제공하는 것은 전원 시스템 설계의 두 가지 기본 목표입니다.신호의 완전성 문제가 발생함에 따라 반사, 직렬 교란 등은 전력 시스템의 안정성에 영향을 줄 수 있다.게다가 칩의 작업 전압이 계속 낮아지면 전원의 파동이 시스템의 정상적인 운행에 영향을 줄 것이다.전원 무결성 분석은 PCB의 전원을 안정적으로 유지하기 위한 것입니다.

전력 무결성 분석 개요

전력 무결성은 시스템의 전력 파형 품질을 의미합니다.IC 출력 스위치 속도가 증가함에 따라 신호의 가장자리 속도, 즉 신호의 상승과 하강 시간이 빠르게 줄어들고 기생 전감 때문에 전력선은 상당한 전압 하강을 겪는다.1ns 미만의 신호 가장자리 속도의 경우 PCB의 전원 계층과 접지 계층 사이의 전압이 회로 기판의 어느 곳에서나 다르므로 칩 전원의 안정성에 영향을 미치고 심지어 칩의 논리를 초래할 수 있습니다.

전력 시스템의 불안정을 초래하는 요소는 동기식 스위치 소음, 비이상적인 전원 임피던스 영향, 공명 및 에지 효과입니다.일반적으로 동기식 스위치 노이즈는 전원 노이즈의 주요 원인입니다.접지 도선과 평면의 기생 전감 때문에 스위치 전류의 작용하에 일정한 전압 파동을 일으킬 수 있다.

설비의 참고지가 더 이상 제로 레벨에 있지 않다는 것이다.따라서 구동단에서 보내는 지면 높이가 변경됩니다.그에 상응하는 간섭 파형이 나타나다.간섭파형의 위상은 지면 소음의 위상과 같다.스위치 신호의 파형에 대해 접지 소음의 영향은 신호의 하강 연도를 늦출 수 있다;수신단에서도 신호파형은 지면 소음의 방해를 받는다.그러나 간섭파형의 위상은 지면 소음의 위상과 상반된다.또한 일부 스토리지 구성 요소에서는 전원 및 접지 소음으로 인해 예기치 않은 데이터 반전이 발생할 수 있습니다.

고주파 회로에서, 전력 평면에는 대량의 기생 파라미터가 존재한다.이러한 기생 매개변수는 많은 센싱 및 커패시터로 구성된 LC 공명 네트워크 또는 공명 캐비티로 볼 수 있습니다.일정한 주파수 하에서, 이러한 콘덴서와 전기 감각은 공명이 발생하여 출력층의 저항에 영향을 줄 수 있다.공명 효과뿐만 아니라 전원 평면과 접지 평면의 가장자리 효과도 전원 설계에서 주의해야 할 문제이다.여기서 가장자리 효과는 가장자리 반사와 복사 현상을 가리킨다.회로기판 가장자리의 복동 표면은 크기가 제한되어 있어 전자기 간섭 문제가 발생하기 쉽다.공정 중에는 일반적으로 디커플링 콘덴서를 증가시켜 가장자리 복사 효과를 줄이고 출력 평면 소음을 억제하는 목적을 달성한다.

동기식 스위치 노이즈

동기식 스위치 노이즈(SSN)는 주로 장치와 함께 제공된 동기식 스위치 출력에 의해 발생합니다.스위치 속도가 빠를수록 순간 전류 변화가 현저하고 전류 회로의 전감이 클수록 발생하는 동기 스위치 소음이 심각해진다.동기식 스위치 노이즈의 크기는 집적 회로의 I/O 특성, PCB 보드의 전원 평면과 접지 평면의 임피던스, PCB의 고속 부품의 레이아웃과 배선에 달려 있음을 알 수 있습니다.

반환 경로에 따라 동기식 스위치 노이즈는 슬라이스 외부 스위치 노이즈와 슬라이스 스위치 노이즈로 나눌 수 있습니다.편외 스위치 노이즈는 신호 스위치가 반환하는 전류가 신호선과 전원/접지 평면을 통과할 때 발생하는 노이즈입니다.스위치 상태가 변경되면 전류 반환 경로가 신호선이 아닌 전원과 접지를 통과하며 이때 소음은 슬라이스 스위치 소음입니다.칩의 스위치 소음을 낮추는 것은 주로 스위치 신호가 흐르는 경로의 전감을 낮추거나 스위치 신호의 변화율을 늦추어 감응 전압을 낮추는 것이다.칩 외부 스위치 소음을 낮추는 것은 칩 내부 드라이브의 스위치 속도와 동시 스위치 수를 낮추어 실현할 수 있으며, 시차 요구를 만족시킬 수 있는 가장 느린 변두리 속도 칩을 사용한다;또는 패키징 루프 감지를 줄이고 신호와 전원 대지의 결합 감지를 증가시킵니다.바이패스 콘덴서도 패키징 내부에서 사용할 수 있어 전원과 접지가 전류 회로를 공유하고 복귀 경로의 동등한 감지를 낮출 수 있다.

PCB 전력 분배 설계

전원 소음은 대부분 좋지 않은 배전 시스템에서 비롯됩니다.배전 시스템은 시스템의 모든 장치에 충분한 전력을 공급합니다.이러한 설비는 충분한 전력 손실이 필요할 뿐만 아니라 전원의 안정성에도 일정한 요구가 있다.실제 출력 평면에는 항상 임피던스가 존재하기 때문에 순간 전류가 통과할 때 전압이 내려가 출력 파동을 초래할 수 있다.대부분의 장치는 정상 전압의 ± 5% 이내에서 전력 변동을 요구합니다.모든 장치가 정상적으로 작동하도록 하기 위해서는 가능한 한 전력 평면의 임피던스를 낮춰야 한다.상대적으로 높은 작업 주파수의 경우 저항의 직류 저항과 전감에 의한 교류 저항을 계산해야 한다.전원 공급 장치의 임피던스를 제어할 때 낮은 임피던스 재료와 짧은 전원 코드를 사용하여 전원 공급 장치의 내부 임피던스를 줄일 수 있습니다.전원은 가능한 한 지면에 접근해야 하며, 디커플링 콘덴서를 사용하여 전원의 저항을 낮출 수 있다.전원 임피던스를 감소시키는 감전도 제공합니다.