PCB 블로그 - PCB 보드의 전력 분배 시스템은 무엇입니까?

일반적으로 PCB 보드에 표시되는 PDS(전원 공급 시스템)는 전원 공급 장치의 전원을 시스템에 전원을 공급해야 하는 장치 및 장치에 할당하는 하위 시스템입니다.모든 전기 시스템에는 건물의 조명 시스템, 오실로스코프, PCB 보드, 패키징 및 칩과 같은 배전 시스템이 있으며 이러한 시스템 내부에는 배전 시스템이 있습니다.

PCB의 전력 분배 시스템

일반적인 제품에서는 VRM(전압 조절 모듈)에서 PCB 보드, 패키징 및 칩에 이르는 모든 상호 연결이 배전 시스템에 포함됩니다.필터 콘덴서 - 전원 공급 장치를 포함하여 4 개의 섹션으로 나눌 수 있습니다: 전압 조절 모듈 (VRM);PCB 보드의 대용량 콘덴서, 고주파 디커플링 콘덴서, 상호 연결선, 오버홀, 전원/접지 평면 - 패키지의 PCB 보드 배전 시스템;패키징 핀, 접합선, 상호 연결 및 내장형 콘덴서 - 패키징된 배전 시스템;칩의 상호 연결과 콘덴서 등 - 칩의 배전 시스템.PCB의 배전 시스템이란 전원의 전력을 전력이 필요한 각종 칩과 설비에 분배하는 PCB의 시스템을 말한다.이 글은 주로 PCB 보드의 배전 시스템에 초점을 맞추고 있기 때문에 아래에 언급 된 배전 시스템 또는 PDS가 PCB 보드의 배전 시스템을 가리키는 것에 동의합니다.배전 시스템은 정확하고 안정된 전압을 전송하는 역할을 하는데, 이는 어떤 부하 조건에서도 PCB의 모든 위치의 전압이 정확하게 안정될 수 있다는 것을 의미한다.배전 시스템의 정확하고 안정적인 운행을 연구하는 것이 바로 우리가 말하는 전력의 완전성 문제이다.

전원 무결성

전원 무결성이란 시스템 전원이 전원 공급 시스템을 통과한 후 전원 공급이 필요한 장치 포트에서 장치 포트에 비해 작동 전력 요구 사항을 충족하는 정도를 말합니다.일반적으로 PCB 보드에 전원이 필요한 장치는 작동 전원에 대한 요구 사항이 있습니다.칩을 예로 들면, 그것은 보통 세 가지 매개변수를 표시한다: 극한 전원 전압: 칩의 전원 핀이 감당할 수 있는 극한 전원 전압을 말한다.칩의 전원 전압은 이 매개변수가 요구하는 범위를 초과할 수 없습니다. 그렇지 않으면 칩에 손상을 줄 수 있습니다.이 범위 내에서 칩의 기능은 보장될 수 없습니다.만약 칩이 일정한 시간내에 이 매개 변수의 극한값에 처해있다면 칩의 장기적인 안정성에 영향을 미치게 된다.권장 작동 전압: 칩 전원 핀의 전압이 보장되어야 칩이 정상적으로 안정적으로 작동할 수 있는 범위를 가리키며, 일반적으로"V ± x%"로 표시되며, 그 중 V는 칩 전원 핀의 작동 전압의 전형적인 값이고, x% 는 허용되는 전압 파동 범위이며, 흔히 볼 수 있는 x는 5 또는 3이다.전원 소음: 칩 전원 핀의 전압에 허용되는 문파 소음을 가리키며, 칩이 정상적이고 안정적으로 작동하도록 하며, 일반적으로 그 피크 값으로 표징한다.칩의 데이터 시트는 일반적으로"전원 전압 제한"과"추천 작업 전압"의 요구 사항을 제공합니다.전원 노이즈의 경우 별도로 제공되지 않을 수 있습니다.이 경우 권장 작업 전압 매개변수에 포함될 수 있습니다.전원 노이즈는 이 문서의 핵심이며 나중에 별도로 다룹니다.위의 예를 들어 전원 무결성 문제는 시스템 전원이 배전 시스템을 통과한 후 칩의 다른 전원 핀에서 전원이 칩 핀에 비해"극한 전원 전압"과"추천 작업 전압"을 논의하는 것입니다.전원 소음 요구 사항도 있습니다.

배전 시스템의 세 가지 특징

배전 시스템의 물리적 매체는 커넥터, 케이블, 흔적선, 전원 평면, GND 평면, 오버홀, 용접 디스크, 칩 핀 등 다양하며 물리적 특성 (재료, 모양, 크기 등) 은 각각 다르다.배전 시스템의 목적은 시스템 전원의 출력을 안정적인 전압과 완전한 전류 회로를 제공하기 위해 전력 공급이 필요한 설비에 제공하는 것이기 때문에, 우리는 배전 시스템의 세 가지 전기 특성, 즉 저항 특성, 감지 특성, 용량 특성에만 초점을 맞춘다.

저항성

저항은 직류 전류 저항에 대한 도체의 물리량을 나타내는 것으로 일반적으로 R로 표시된다. 전류 I가 흐를 때 전기에너지를 열에너지(I2R)로 변환하고 그 양쪽에 직류 전압 강하(IR)를 발생시키는 것이 주요 물리적 특징이다.도체의 물리적 성질로 온도와 관련이 있으며 금속의 저항률은 일반적으로 온도에 따라 증가합니다.배전 시스템에서 저항은 어디에나 있다: 직류 저항과 접촉 저항은 케이블과 커넥터에 존재하고, 분산 저항은 동선, 전원 계층, 접지층 및 오버홀에 존재하며, 직류 저항은 용접재, 용접판 및 칩 핀에 존재한다.그것들 사이에는 접촉 저항이 존재한다.IR 저하: 이러한 영향으로 전원 전압이 배전망을 따라 점차 떨어지거나 참조지의 전압이 상승하여 전원을 공급해야 하는 장치 포트의 전압을 낮추어 전원 무결성 문제를 초래한다;열 전력 소비량: 이러한 영향은 전원을 감소시킵니다. 전력이 열로 전환되는 동시에 시스템 온도를 상승시켜 시스템의 안정성과 신뢰성을 위협합니다.RS의 전압 강하 IRS는 전원의 출력 전압 Voutput을 낮추고, 전원 경로의 전압 강하 IR1은 부하의 전원 전압 Vcc를 낮추고, 반환 경로의 전압 강하 IR2는 부하의 GND 레벨을 높인다.위의 저항기 RS, R1 및 R2의 전압 강하는 부하의 전원 전압 VCC-GND의 저하를 초래하고 전원 무결성에 문제를 일으킬 수 있습니다.배전 시스템의 저항으로 인한 열 손실은 전원 공급 장치의 전력을 열로 전환하고 헛되이 소모하여 시스템의 효율을 떨어뜨릴 수 있습니다.이와 동시에 가열하면 시스템의 온도가 상승하고 일부 설비 (예: 전해콘덴서) 의 수명이 낮아져 시스템의 안정성과 신뢰성에 영향을 줄 수 있다.일부 지역의 과도한 전류 밀도는 국부 온도가 지속적으로 상승하거나 심지어 타버릴 수도 있다.위의 분석에서 볼 수 있듯이, 이 두 가지 영향은 시스템에 유해하며, 그것들의 영향은 저항의 저항값과 정비례하기 때문에 배전 시스템의 저항 특성을 낮추는 것이 우리의 설계 목표 중의 하나이다.

전감 특성

전감은 도체가 교류 전기에 대한 저항의 물리량을 나타낸다.전류가 도체를 통과하면 도체 주위에 자장이 형성된다.전류가 변하면 자기장도 변하며 변화하는 자기장은 도체 량끝에서 감응전압을 형성한다.전압의 극성은 감응을 일으킨다. 전류는 원시 전류의 변화를 방해한다.도체 주위의 다른 도체의 전류 변화로 도체 주위의 자장이 변화할 때 도체에도 감응 전압이 발생하는데, 전압의 극성은 감응 전류가 원시 전류를 방해하게 된다.변화.이러한 도체가 전류의 변화를 가로막는 작용을 전감이라고 하는데, 전자는 자감L, 후자는 상호감응M이라고 한다. 여기서 우리는 직접 상호감응의 두 가지 성질을 제시한다: 대칭성: 두 도체 a와 b, 크기, 모양, 상대 위치에 관계없이도체 a가 도체 b에 대한 상호감각은 도체 b가 도체 a에 대한 상호감각과 같다. 즉, 상호감각은 두 도체에 대해 모두 같다.상호 감각은 자기 감각보다 작습니다. 두 도체의 상호 감각은 그 중 한 도체의 자기 감각보다 작습니다.이러한 전류 변화로 인한 감지 전압은 신호 무결성(전력 무결성 포함)에 중요한 의미를 가지며 전송선 효과, 돌연변이, 간섭, SSN, 궤도 함몰, 지면 반발 및 대부분의 EMI를 초래할 수 있습니다.배전 시스템에서 감응이 없는 곳이 없다.커넥터, 케이블, 동선, 전원 계층, 접지 계층, 오버홀, 용접 디스크, 칩 핀 등은 모두 전기 감각이 있으며 서로 가까운 도체 사이에 상호 감각이 있습니다.분기 a의 로컬 자감이 La이고 분기 b의 로컬 자감이 Lb라고 가정하면 이 두 분기 사이의 로컬 상호감은 M이고 루프의 전류는 I입니다. 두 분기가 평행하기 때문에 전류의 흐름은 반대이므로 이들이 생성하는 자기장의 방향은 반대입니다.I가 증가한다고 가정하면 La에서 발생하는 감응 전압의 극성은 지로a에서 I의 증가를 방해하지만 M에서 발생하는 감응 전류의 극성은 지로a에서 I의 증가에 도움이 된다. 만약 지로a가 출력 경로를 나타내면 지로b는 복귀 경로를 나타내고 Va는 출력 경로에서 공률 소음(레일 함몰/출력 반등)을 나타낸다.Vb는 반환 경로의 궤도 함몰 / 지면 반발 노이즈를 나타냅니다.이 두 가지 소음은 전원 전압을 불안정하게 만들고 전원 무결성 문제를 일으킬 수 있습니다.따라서 설계 목표 중 하나는 위의 두 전압을 낮추는 것입니다.두 가지 방법이 있습니다. 회로 전류의 변화율을 가능한 한 낮추십시오. 즉, 부하에서 흡수되는 전류의 돌연변이 속도를 낮춰야 하며, 공유 전원 경로와 반환 경로의 전원 포트 수를 제한해야 합니다.두 브랜치 사이의 국부적인 상호감.브랜치의 로컬 자감을 줄인다는 것은 가능한 한 짧고 넓은 전력 경로와 반환 경로를 사용한다는 것을 의미한다.국부적인 상호감각을 증가시킨다는 것은 두 브랜치가 병렬적으로 연결되어야 한다는 것을 의미한다.그리고 가능한 한 가까운 상태에서 대칭 이동합니다.이상의 분석을 통해 알 수 있듯이 전류가 변할 때 전감에 의해 발생하는 감응 전압은 전력 완전성 중의 많은 문제의 근원이기 때문에 배전 시스템의 상술한 감응 전압을 낮추는 것이 우리의 설계 목표 중의 하나이다.

배전 시스템은 본고에서 토론한 주요 대상이며 그 작업의 관련 내용은 전력 완전성 문제이다.배전 시스템은 각각 저항, 감지, 용량 특성을 가지고 있다.저항과 감지 특성은 전력의 완전성에 불리하고, 용량 특성은 전력의 완전성에 유리하다.우리의 설계 목표는 저항 및 감지 특성의 영향을 줄이거나 제거하고 PCB 보드에 대한 커패시터 특성의 영향을 강화하는 것입니다.