Rancangan Elektronik - Analisis integriti kuasa reka papan PCB

Dalam rancangan PCB, menyediakan tenaga stabil kepada isyarat dan distribusi tenaga yang betul adalah dua tujuan asas dalam rancangan sistem bekalan kuasa. Dengan muncul masalah integriti isyarat, refleksi, crosstalk, dll akan mempengaruhi kestabilan sistem kuasa. Dipasang dengan pengurangan terus-menerus tekanan operasi cip, pengalihan bekalan kuasa akan mempengaruhi operasi normal sistem. Analisis integriti kuasa adalah untuk memastikan bekalan kuasa yang stabil dan boleh dipercayai dalam PCB.

Paparan ringkasan Analisi Integriti Kuasa

Integriti kuasa merujuk kepada kualiti bentuk gelombang kuasa dalam sistem. Bila kelajuan pengtukaran output IC meningkat, kadar pinggir isyarat, iaitu, masa isyarat meningkat dan jatuh, dikurangkan dengan cepat, dan garis kuasa menderita turun tegangan yang besar disebabkan induksi parasit. Untuk kadar pinggir isyarat kurang dari 1ns, tekanan antara lapisan kuasa dan lapisan tanah pada PCB akan berbeza di mana-mana pada papan sirkuit, yang akan mempengaruhi kestabilan bekalan kuasa cip, dan bahkan menyebabkan logik cip

Faktor yang menyebabkan ketidakstabilan sistem kuasa adalah bunyi tukar sinkronik, pengaruh impedance bekalan kuasa yang tidak ideal, resonansi dan kesan pinggir. Secara umum, bunyi penyukaran sinkronik adalah sumber utama bunyi bekalan kuasa. Kerana induksi parasitik bagi pemimpin tanah dan pesawat, suatu perubahan tegangan tertentu akan disebabkan di bawah tindakan arus tukar.

Maksud saya, tanah rujukan peranti tidak lagi pada aras sifar. Oleh itu, aras tanah yang akan dihantar oleh hujung pemacu akan berubah. Bentuk gelombang gangguan yang sepadan muncul. Fasa bentuk gelombang gangguan sama dengan bunyi tanah. Untuk bentuk gelombang isyarat bertukar, pengaruh bunyi tanah akan menyebabkan pinggir jatuh isyarat memperlambat; pada hujung penerimaan, bentuk gelombang isyarat juga akan diganggu oleh bunyi tanah. Namun, fasa bentuk gelombang gangguan bertentangan dengan bunyi tanah. Selain itu, dalam beberapa komponen penyimpanan, kemungkinan bahawa bunyi kuasa dan bunyi tanah boleh menyebabkan songsang data yang tidak dijangka.

Dalam sirkuit frekuensi tinggi, terdapat sejumlah besar parameter parasit dalam pesawat kuasa. Parameter parasit ini boleh dilihat sebagai rangkaian resonan LC atau guati resonan yang terdiri dari banyak induktan dan kondensator. Pada frekuensi tertentu, kondensator dan induktan ini akan beresonasi, dengan itu mempengaruhi impedance lapisan kuasa. Selain kesan resonansi, kesan pinggir pesawat kuasa dan pesawat tanah juga adalah masalah yang perlu diperhatikan dalam rancangan bekalan kuasa. Kesan pinggir di sini merujuk kepada refleksi pinggir dan fenomena radiasi. Saiz permukaan tertutup tembaga di pinggir papan sirkuit terbatas, jadi masalah gangguan elektromagnetik susah berlaku. Kondensator penutup biasanya ditambah dalam projek untuk mengurangi kesan radiasi pinggir dan mencapai tujuan untuk menekan bunyi pesawat kuasa.

Bunyi tukar segerak

Bunyi penyukaran sinkronik (SSN) terutamanya dihasilkan oleh output penyukaran sinkronik yang menyertai peranti. Semakin cepat kelajuan penukaran, semakin signifikan perubahan semasa, dan semakin besar induktan pada gelung semasa, semakin berat bunyi penukaran sinkronik yang dijana. Ia boleh dilihat bahawa ukuran bunyi penyukaran sinkronik bergantung pada ciri-ciri I/O sirkuit terintegrasi, impedance pesawat kuasa dan pesawat tanah papan PCB, dan bentangan dan kabel peranti kelajuan tinggi pada PCB.

Menurut laluan kembalian yang berbeza, bunyi penukaran sinkronik boleh dibahagi menjadi bunyi penukaran-cip dan bunyi penukaran-cip. Bunyi tukar-cip-luar rujuk kepada bunyi yang dijana apabila semasa semasa kembali oleh tukar isyarat melewati garis isyarat dan pesawat kuasa/tanah; jika keadaan penukaran berubah, laluan kembalian semasa melewati kuasa dan tanah selain dari garis isyarat, bunyi pada masa ini adalah bunyi penukaran On-chip. Kekurangan bunyi tukar dalam cip terutamanya dicapai dengan mengurangi induktansi laluan yang isyarat tukar mengalir melalui atau memperlambat kadar perubahan isyarat tukar untuk mengurangi tenaga induksi. Kekurangan bunyi tukar cip-off boleh dicapai dengan mengurangi kadar tukar pemacu dalaman cip dan bilangan tukar bersamaan, menggunakan cip kadar pinggir paling lambat yang boleh memenuhi keperluan masa; atau dengan mengurangi induktif loop pakej, meningkatkan induktif sambungan isyarat dan bekalan kuasa ke tanah; Kondensator bypass juga boleh digunakan dalam pakej untuk membenarkan bekalan kuasa dan tanah untuk berkongsi loop semasa dan mengurangkan induktan yang sama dengan laluan kembali.

Rancangan distribusi kuasa PCB

Kebanyakan, bunyi bekalan kuasa berasal dari sistem distribusi kuasa yang tidak ideal. Sistem distribusi kuasa adalah untuk menyediakan kuasa yang cukup untuk semua peranti dalam sistem. Peranti ini tidak hanya memerlukan kerugian kuasa yang cukup, tetapi juga mempunyai keperluan tertentu untuk kestabilan bekalan kuasa. Kerana sentiasa ada impedance dalam pesawat kuasa sebenar, apabila ada arus sementara melalui, titik tegangan akan berlaku, yang akan membawa kepada perubahan kuasa. Kebanyakan peranti memerlukan perubahan kuasa dalam ±5% tekanan normal. Untuk memastikan setiap peranti boleh berfungsi secara biasa, kekurangan pesawat kuasa sepatutnya dikurangi sebanyak mungkin. Dalam kes frekuensi operasi relatif tinggi, diperlukan untuk menghitung DC impedance resistensi dan AC impedance disebabkan oleh induktan. Apabila mengawal kekuatan bekalan kuasa, anda boleh mengurangi perlawanan dalaman bekalan kuasa dengan menggunakan bahan-bahan dengan kekuatan rendah dan garis kuasa pendek dan tebal. Sumber tenaga seharusnya sebanyak mungkin dekat dengan tanah, dan kapasitor pemisah boleh digunakan untuk mengurangi resistensi bekalan tenaga. Dan induktan, dengan itu mengurangi impedance bekalan tenaga.