PCB 기술 - PCB 전원 설계의 균형을 맞추는 방법

더 복잡한 PCB 보드를 설계할 때는 몇 가지 설계 저울질을 해야 합니다.이러한 저울질로 인해 PCB 배전망 설계에 영향을 줄 수 있는 몇 가지 요소가 있습니다.

PCB 전원 설계의 균형을 맞추는 방법

콘덴서가 PCB에 설치되면 콘덴서 설치와 관련된 추가 회로 감지가 있습니다.루프 감지의 값은 설계에 따라 다릅니다.회로의 전기 감각은 콘덴서에서 구멍까지의 선로 폭과 길이, 콘덴서를 전원/접지 평면에 연결하는 선로 길이, 두 구멍 사이의 거리, 구멍의 지름, 콘덴서의 용접판 등에 따라 달라진다. 그림1은 각종 콘덴서의 설치 도면을 보여준다.

콘덴서 회로 감전 감소를 위한 설계 요점:

구멍은 가능한 한 콘덴서에 접근해야 한다.전원 / 접지 구멍 간격을 줄입니다.가능한 경우 여러 쌍의 병렬 전원 / 접지 구멍을 사용합니다.예를 들어, 전류의 극성이 반대인 두 구멍은 가능한 한 가까이 있어야 하고, 전류의 극성이 같은 구멍은 가능한 한 멀리 있어야 한다.

짧고 넓은 와이어로 구멍을 커패시터 핀에 연결합니다.

콘덴서를 PCB 표면 (상단 및 하단) 에 배치하고 가능한 한 적절한 전원 / 접지 평면에 가깝습니다.이렇게 하면 구멍 간의 거리가 줄어듭니다.전원 공급 장치 / 접지 간에 얇은 전해질을 사용합니다.

다음은 콘덴서 설치와 감지 전파의 세 가지 다른 설계 상황이다.그림 2는 다양한 설계 조건에서 회로에 전기 감각을 도입하는 것을 보여줍니다.

사례 1 - 설계 부진

설계자는 배전망 (PDN) 의 설계에 관심을 갖지 않습니다.

구멍의 간격이 최적화되지 않았습니다.

전원과 접지 평면 사이의 거리가 최적화되지 않았습니다.

구멍과 콘덴서 핀 사이의 케이블 거리가 비교적 길다.

전체 루프의 감지 크기에 대해 루프의 감지는 주로 배치된 선로에서 온다. 왜냐하면 나쁜 설계의 선로 길이는 다른 두 가지 상황 (좋은 설계와 매우 좋은 설계) 의 5배이기 때문이다.콘덴서를 설치하는 받침대에서 가까운 평면까지의 거리도 회로 감지 크기의 주요 요인이다.이것은 최적화 (10mil) 가 없기 때문에 전체 루프의 감지 크기에 대한 배선의 영향은 매우 큽니다.또한 설계자는 전원과 땅 사이에 10mil의 개전 재료를 사용했기 때문에 루프 감지의 부차적인 요소는 전파 감지에서 나온다.최적화되지 않은 구멍 사이의 거리는 구멍의 길이보다 중요합니다.구멍이 길수록 구멍의 효과는 커진다.

사례 2 - 우수한 설계

설계자들은 부분배전망(PDN) 설계에 집중했다.

구멍 간격이 향상되었습니다.구멍의 길이는 변경되지 않습니다.

전원 공급 장치와 바닥 사이의 거리를 개선합니다.

구멍에서 콘덴서 핀까지의 도선 거리가 최적화되었다.

도선의 회로 감각은 여전히 전체 회로 감각의 주요 공헌자이다.그러나 잘 설계된 회로의 전기 감각은 설계 불량 회로의 약 2.7배입니다.설계자가 전매질의 두께를 10mil에서 5mil로 줄였기 때문에 전파 감각이 절반으로 줄었다.피어싱의 충격은 피어싱 사이의 거리를 줄임으로써 약간 개선됩니다.

디자이너는 PDN의 디자인에 많은 관심을 기울입니다.

구멍의 간격과 길이가 향상되었습니다.

전원과 바닥 사이의 거리도 충분히 최적화됐다.

구멍에서 콘덴서 핀까지의 도선 거리가 최적화되었다.

아주 좋은 디자인의 전기 감각은 나쁜 디자인의 전기 감각의 약 7.65배이다.이는 배선의 길이 감소로 인해 PCB에 설치된 콘덴서의 바닥 표면에서 평탄층에 가까운 두께를 줄임으로써 이뤄진다.설계자는 이미 전원과 땅 사이의 전해질층의 두께를 최적화하였기 때문에 전파 감각이 크게 낮아졌다.구멍 간격과 구멍 길이가 크게 줄어들어 구멍을 통과하는 루프 감전도 크게 향상되었습니다.나쁜 설계에 비해 아주 좋은 설계의 총환로감전감은 7가지 주요요소의 하나를 감소시켰다.

PCB에서는 콘덴서를 설치하고 구멍 고리를 통해 추가 센싱을 도입함으로써 콘덴서의 공명 주파수를 낮춘다.PDN(전원 분배 네트워크)을 설계할 때는 이 점을 고려해야 합니다.고주파 설계를 할 때 순환 회로의 전기 감각을 낮추는 것은 임피던스를 현저하게 낮추는 방법이다.

주어진 전원 공급 장치의 경우 PDN 도구가 생성하는 PCB는 매우 좋은 디자인이나 나쁜 디자인보다 더 높은 마감 주파수에서 매우 좋은 모양을 나타냅니다.이것은 더 높은 마감 주파수에서의 디커플링이 더 낮은 마감 주파수에서의 디커플링보다 더 많은 용량이 필요하기 때문에 예상한 결과와 반대될 수 있다.설계가 양호한 상황에서 비교적 높은 마감 주파수는 비교적 높은 주파수가 결합을 풀 수 있다는 것을 의미한다.PCB에 장착된 콘덴서는 최대 고주파 노이즈에 디커플링 효과가 있습니다.

설계가 불량한 경우 낮은 마감 주파수를 초과하는 PCB는 디커플링할 수 없습니다.마감 주파수를 초과하는 디커플링 콘덴서를 추가하는 추가 콘덴서는 BOM 비용만 증가하고 디커플링 효과에는 영향을 미치지 않습니다.배전망의 설계는 매우 좋은 설계보다 설계가 나쁜 상황에서 특정 주파수의 소음에 더 쉽게 영향을 받는다.또 다른 예로, 20단 PCB의 총 두께를 115밀이로 가정한다.전원층은 3층에 있습니다.레이어(FPGA가 있는 레이어)에서 레이어 3까지의 두께는 12밀이입니다.따라서 아래쪽에서 세 번째 층까지의 두께는 103mil입니다.3mil 이후에는 전원과 지층이 전매질로 분리됩니다.이 궤도에 사용되는 BGA 구멍의 감지 크기는 5nh (이 전력 궤도에 사용되는 5 쌍의 구멍) 입니다.이 층의 긴밀한 배치 구역에 대응하기 위해 이와 관련된 디커플링 콘덴서가 하층에 설치되어 있다.이런 장치의 긴 천공 때문에, 이런 절충으로 인해 콘덴서에 설치된 전기 감지치가 매우 높다.충분한 최적화를 거쳐 0402 패키징 콘덴서의 설치 센싱은 하단에서 2.3nH, 층의 동일한 콘덴서에서 0.57nH이다.

트랙의 PDN 효과를 개선하기 위해 중간 주파수 및 대용량 콘덴서를 기본 위치로 유지하면서 레이어에 고주파 콘덴서를 배치할 수 있습니다.이 회로 설계는 고주파 콘덴서가 마감 주파수보다 낮은 응답을 가진 콘덴서이기 때문에 PDN의 마감 솔루션입니다.용량의 영향은 총 루프 감지 (콘덴서 설치 감지 + 전파 감지 + BGA 빈 구멍 감지) 와 FPGA에 달려 있습니다.이 레이어에 고주파 콘덴서를 배치하고 FPGA에서 약간 멀리 떨어져 있을 수 있습니다.FPGA 돌파구역 밖에 배치된 커패시터의 전파 센싱은 0.2nh다. 원래 저전평 배치 방법과 비교할 때 이 새로운 배치 방법은 하층에 배치될 때 총 루프 센싱(0.57nh+0.2nh+0.05nh=0.82nH)이 총 센싱보다 작기 때문에 유익하다.

PCB 보드의 전파 감지는 설계에 따라 다르며 전원 공급 장치와 접지 평면 사이의 매체에 균일하게 존재합니다.3mil 이하의 두께는 평면 전파 감각을 낮추도록 설계되었습니다.이러한 설계 지침에 따라 PDN의 성능을 향상시킬 수 있습니다.다음은 순서가 중요한 디자인 가이드입니다. 층별 디자인 가이드가 중요합니다.