마이크로웨이브 기술 - PCB 보드 전원 무결성 최적화 설계

1. 인용문

PCB 보드 설계의 복잡성이 점차 증가함에 따라 신호 무결성에 대한 분석은 반사, 인터럽트 및 EMI 외에도 안정적이고 신뢰할 수있는 전원이 설계자의 중점 연구 방향 중 하나가되었습니다.특히 스위치 부품의 수가 증가하고 핵심 전압이 낮아지는 상황에서 전원의 파동은 종종 시스템에 치명적인 영향을 미치기 때문에 사람들은 전력 무결성, PI (power integrity) 라는 새로운 용어를 제안합니다.오늘날 국제 시장에서 집적 회로 설계는 비교적 발달했지만 전원 무결성 설계는 여전히 취약한 부분입니다.따라서 본고는 PCB보드에서 전원 완전성 문제의 발생을 제기하고 전원 완전성에 영향을 주는 요소를 분석했으며 PCB보드의 전원 완전성 난제를 해결하는 최적화 방법과 경험 설계를 제시했고 비교적 강한 이론적 분석과 실제 공사 응용 가치를 가진다.

2. 전원 소음이 발생하는 원인 및 분석

낸드 게이트 회로도를 통해 전력 소음의 출처를 분석했다.회로 다이어그램은 3 입력 Nand 문의 구조를 보여줍니다.NAND 게이트는 디지털 장치이기 때문에"1"과"0"전평선 사이를 전환하여 작동합니다.집적회로기술이 끊임없이 제고됨에 따라 디지털부품의 스위치속도가 갈수록 빨라지고 더욱 많은 고주파부품을 도입하여 환로중의 전기감각이 고주파전원의 파동을 일으키기 쉽다.그림 1에서 볼 수 있듯이, 비문과의 입력이 모두 고전압에 있을 때, 회로 중의 삼극관은 통하고, 회로는 순간적으로 단락되며, 전원은 콘덴서를 충전하고, 동시에 지선으로 유입된다.이때 전원선과 지선의 기생전감으로 인해 우리는 공식 V = LdI/dt에서 이것이 전원선과 접지선에서 전압파동과 전평상승에서 도입된 I소음을 발생시킨다는 것을 알았다. 그림 2와 같다.낸드 게이트의 입력이 저전류 수준에 있을 때 콘덴서가 방전되고 지선에서 큰 I형 소음이 발생한다.이때 전원은 회로의 순간적인 단락으로 인한 전류 돌연변이만 있는데, 콘덴서에 전하가 없기 때문에 전류 돌연변이는 상승연보다 작다.NAND 게이트 회로에 대한 분석을 통해, 우리는 전원 불안정의 근원이 주로 두 가지 방면에 있다는 것을 알고 있다: 첫째, 부품의 고속 스위치 상태, 순간적 교류 전류가 너무 크다.

두 번째는 전류 회로에 존재하는 감전이다.접지 전원 무결성 문제란 고속 PCB에서 대량의 칩이 동시에 연결되거나 꺼질 때 회로에서 비교적 큰 순간적 전류가 발생하며 감지 저항의 존재로 인해 전원 코드와 지선에서 모두 전압 파동이 발생하는 것을 말한다.전원 무결성 문제의 본질을 이해하고, 우리는 전원 무결성 문제를 해결해야 한다는 것을 알고 있다. 우선, 고속 부품에 대해 우리는 디커플링 콘덴서를 추가하여 고주파 소음 분량을 제거하여 신호의 순간적 시간을 줄인다;루프에 존재하는 전기 감각에 대해 우리는 반드시 전원의 층별 설계를 고려해야 한다.

3. 디커플링 콘덴서의 응용

디커플링 콘덴서는 고속 PCB 설계에서 중요한 역할을 하며 그 위치도 매우 중요하다.이는 전원이 단시간에 부하에 전력을 공급할 때 콘덴서의 저장전하가 전압이 내려가는것을 방지할수 있기때문이다. 례를 들면 콘덴서를 잘못 배치하면 선로의 저항이 너무 커져 전원에 영향을 준다.이와 동시에 콘덴서는 설비가 고속으로 전환되는 과정에 있는 고주파소음을 려과할수 있다.고속 PCB 설계에서, 우리는 보통 칩의 전원 출력단과 전원 입력단에 각각 디커플링 콘덴서를 추가한다.일반적으로 전원 공급 장치 근처의 커패시터 값은 10°F와 같이 큽니다.이는 PCB에 DC 전원이 일반적으로 사용되고 콘덴서의 공명 주파수가 상대적으로 낮아 전원 소음을 필터링할 수 있기 때문입니다.이와 동시에 큰 용량은 전원출력의 안정성을 보장할수 있다.디커플링 콘덴서의 핀 위치 전원에 연결된 칩의 경우 일반적으로 0.1 ° F 와 같이 커패시터 값이 작습니다. 이는 고속 칩에서 소음 주파수가 상대적으로 높기 때문입니다. 이는 디커플링 콘덴서의 공명 주파수가 더 높아야 합니다. 즉, 디커플링 콘덴서의 용량이 더 작습니다.

디커플링 콘덴서의 배치에 관하여, 우리는 부적절한 위치가 회선 임피던스를 증가시키고, 공명 주파수를 낮추며, 전원에 영향을 미친다는 것을 알고 있다.칩이나 전원 공급 장치의 디커플링 콘덴서와 감응에 대해 우리는 공식을 통해 계산할 수 있다.L: 콘덴서와 칩 사이의 회선 길이;R: 회선 반지름;D: 그래서 우리는 전기 감지 L, L, D를 줄여야 한다는 것을 알고 있습니다. 즉, 콘덴서와 칩이 결합하여 형성된 루프 면적을 줄여야 합니다. 즉, 용량과 칩은 가능한 한 칩 부품에 접근해야 합니다.

4. 전원 회로의 설계

전력 공급의 완전성을 확보하기 위해서, 우리는 좋은 배전망이 반드시 없어서는 안 된다는 것을 안다.우선, 전원 코드와 지선의 설계에 있어서, 우리는 선폭이 비교적 두꺼워야 한다(예를 들어 40mil, 일반 신호선은 10mil). 따라서 가능한 한 그 임피던스 값을 낮춰야 한다.칩이 점점 더 빨라짐에 따라 5/5 규칙에 따라 우리는 점점 더 많은 다층판을 사용하고 있다. 다층판은 전용 전원층에서 전력을 공급하고 전용 회로에서 전기를 공급함으로써 선로의 전기 감각을 낮춘다.