Teknologi Microwave - Optimisasi rancangan integriti bekalan kuasa dalam papan PCB

1., . perkenalan

Dengan peningkatan perlahan-lahan kompleksiti reka papan PCB, analisis integriti isyarat selain refleksi, saling bercakap, dan EMI, bekalan kuasa yang stabil dan boleh dipercayai telah menjadi salah satu arah kajian utama raksasa. Terutama apabila bilangan peranti tukar meningkat dan tekanan inti berkurang, perubahan bekalan kuasa akan sering membawa pengaruh fatal kepada sistem, sehingga orang menghantar istilah baru: integriti kuasa, PI (integriti kuasa). Dalam pasar antarabangsa hari ini, desain IC lebih dikembangkan, tetapi desain integriti kuasa masih pautan yang lemah. Oleh itu, kertas ini melanjutkan generasi masalah integriti bekalan kuasa dalam papan PCB, menganalisis faktor yang mempengaruhi integriti bekalan kuasa, dan melanjutkan kaedah optimizasi dan rancangan pengalaman untuk menyelesaikan masalah integriti bekalan kuasa dalam papan PCB, yang mempunyai analisis teoretik yang kuat dan nilai aplikasi teknikal praktik.

2, penyebab dan analisis bunyi bekalan kuasa

Sumber bunyi kuasa dianalisis oleh diagram sirkuit gerbang NAND. Diagram sirkuit menunjukkan struktur gerbang Nand 3-input. Kerana pintu NAND adalah peranti digital, ia berfungsi dengan menukar antara aras "1" dan "0". Dengan peningkatan terus menerus teknologi IC, kelajuan penukaran peranti digital lebih cepat dan lebih cepat, yang memperkenalkan komponen frekuensi tinggi, dan induktan dalam loop mudah menyebabkan perubahan bekalan kuasa pada frekuensi tinggi. Seperti yang dipaparkan dalam Figure 1, apabila input pintu NAND semua pada tegangan tinggi, triod dalam sirkuit menyala, sirkuit pendek secara segera, dan bekalan kuasa mengisi kondensator dan mengalir ke dalam wayar tanah pada masa yang sama. Pada masa ini, kerana induksi parasit pada garis kuasa dan wayar tanah, kita tahu dari formula V=LdI/dt bahawa ia akan menghasilkan perubahan tegangan pada garis kuasa dan wayar tanah, dan bunyi δ I diperkenalkan oleh pinggir naik aras seperti yang dipaparkan dalam Figure 2. Apabila input gerbang Nand berada pada tahap semasa rendah, kapasitor melepaskan pada masa ini, dan bunyi besar δ I akan dijana pada wayar tanah. Pada masa ini, bekalan kuasa hanya mempunyai mutasi semasa disebabkan oleh sirkuit pendek seketika sirkuit, kerana tiada muatan pada kondensator, mutasi semasa lebih kecil daripada pinggir naik. Dari analisis sirkuit gerbang NAND, kita tahu bahawa sumber ketidakstabilan bekalan kuasa kebanyakan terletak dalam dua aspek: satu ialah keadaan penukaran kelajuan tinggi peranti, arus penukaran sementara terlalu besar.

Kedua adalah induktan yang wujud dalam loop semasa. Masalah integriti kuasa tanah yang dipanggil merujuk kepada yang dalam PCB kelajuan tinggi apabila sejumlah besar cip menyala atau dimatikan pada masa yang sama, arus transient besar akan dijana dalam sirkuit, dan penukaran tegangan akan dijana pada garis kuasa dan garis tanah disebabkan keberadaan perlawanan induktan. Memahami sifat masalah integriti bekalan kuasa, kita tahu bahawa untuk menyelesaikan masalah integriti bekalan kuasa, pertama-tama, untuk peranti kelajuan tinggi, kita tambah kondensator penyahpautan untuk membuang komponen bunyi frekuensi tinggi, untuk mengurangi masa sementara isyarat; Untuk induktan yang ada dalam loop, kita perlu mempertimbangkan rancangan lapisan bekalan kuasa.

3, aplikasi kondensator pemisahan

Penghapusan kondensator bermain peran penting dalam rancangan PCB kelajuan tinggi, dan kedudukan mereka juga sangat penting. Ini kerana apabila bekalan kuasa menyediakan kuasa untuk muatan untuk masa singkat, muatan penyimpanan dalam kondensator boleh mencegah turun tenaga, seperti penempatan kondensator yang tidak sesuai boleh membuat garis pengendalian terlalu besar, mempengaruhi bekalan kuasa. Pada masa yang sama, kondensator boleh penapis bunyi frekuensi tinggi semasa tukar kelajuan tinggi peranti. Dalam rancangan PCB kelajuan tinggi, kita biasanya menambah kapasitor pemisah pada akhir output bekalan kuasa dan akhir input bekalan kuasa cip secara sepadan. Nilai kapasitasi dekat bekalan kuasa secara umum lebih besar (seperti 10μF). Ini kerana bekalan kuasa DC biasanya digunakan dalam PCB, dan frekuensi resonan kondensator boleh relatif rendah untuk menapis bunyi bekalan kuasa. Pada masa yang sama, kapasitasi besar boleh memastikan kestabilan output bekalan kuasa. Untuk cip yang disambungkan dengan bekalan kuasa lokasi pin kondensator penyahpautan, nilai kapasitasinya adalah biasanya kecil (seperti 0.1μF), ini kerana, dalam cip kelajuan tinggi, frekuensi bunyi biasanya relatif tinggi, yang memerlukan frekuensi resonansi kondensator penyahpautan tambahan untuk tinggi, iaitu, kapasitas kondensator penyahpautan untuk kecil.

Adapun penempatan kondensator pemisahan, kita tahu bahawa kedudukan yang tidak sesuai akan meningkatkan impedance garis, mengurangkan frekuensi resonantnya dan mempengaruhi bekalan kuasa. Untuk kondensator pemisahan dan induktan dalam cip atau bekalan kuasa, kita boleh kira dengan formula. L: panjang garis antara kondensator dan cip; R: radius garis; D: jarak antara garis kuasa dan tanah. Oleh itu, kita tahu bahawa untuk mengurangi induktansi L, L dan D mesti dikurangkan, iaitu, kawasan loop yang terbentuk oleh pemisah kondensator dan cip mesti dikurangkan, iaitu, kondensasi dan cip mesti hampir kepada peranti cip yang mungkin.

4., rancangan loop kuasa

Untuk memastikan integriti bekalan kuasa, kita tahu rangkaian distribusi kuasa yang baik adalah penting. Pertama-tama, untuk desain garis kuasa dan wayar tanah, kita perlu pastikan lebar garis adalah tebal (seperti 40mil, sementara garis isyarat biasa adalah 10mil), untuk mengurangi nilai impedance sebanyak mungkin. Semasa cip semakin cepat dan cepat, menurut peraturan 5/5, kita semakin menggunakan papan pelbagai lapisan, yang diberi kuasa oleh lapisan kuasa dedikasi dan dikelilingi oleh lapisan dedikasi, sehingga mengurangi induktan garis.