Berita PCB - Apa sebenarnya sistem distribusi kuasa pada PCB

Secara umum, PDS merujuk kepada subsistem yang mengedarkan Kuasa Sumber Kuasa kepada peranti dan komponen dalam sistem. Sistem distribusi kuasa wujud dalam semua sistem elektrik, seperti sistem pencahayaan bangunan, oscilloscope, papan PCB, pakej, cip, sistem distribusi kuasa dalamnya.

Sistem distribusi kuasa pada papan PCB

Dalam produk biasa, sistem distribusi kuasa terdiri dari semua sambungan dari modul pengatur tegangan (VRM) ke PCB, pakej, dan kemudian pada cip. Ia boleh dibahagi menjadi empat seksyen:

Modul peraturan tenaga (VRM) termasuk kondensator penapisnya -- bekalan kuasa;

Kapsitensi bulk pada PCB, kapasitensi pemisahan frekuensi tinggi, garis saling sambung, melalui lubang, kapal tenaga/tanah -- sistem distribusi tenaga pada PCB;

Pin berkemas, wayar ikatan, sambungan antara satu sama lain dan kondensator terbenam -- sistem distribusi kuasa berkemas;

On - cip interconnection and capacitance - on - chip power distribution system.

Artikel ini fokus pada bahagian 2, sistem distribusi kuasa pada PCB. Sisanya diluar skop artikel ini.

Sistem distribusi Kuasa pada PCB merujuk kepada sistem dimana PCB mengedarkan Kuasa Sumber Kuasa ke pelbagai cip dan peranti yang memerlukan bekalan Kuasa. Artikel ini fokus pada sistem distribusi kuasa pada PCB, jadi kita setuju bahawa sistem distribusi kuasa atau PDS yang disebut di bawah merujuk kepada sistem distribusi kuasa pada PCB.

Peran sistem distribusi kuasa adalah untuk menghantar tekanan yang betul dan stabil, yang bermakna tekanan di semua lokasi pada PCB boleh kekal betul dan stabil dalam mana-mana syarat muatan. Pelajaran operasi yang betul dan stabil sistem distribusi kuasa dipanggil masalah integriti kuasa.

Integriti kuasa

Integriti kuasa merujuk kepada darjah mana bekalan kuasa sistem memenuhi keperluan bekalan kuasa di port peranti yang memerlukan bekalan kuasa selepas melewati sistem distribusi kuasa.

Secara umum, komponen yang memerlukan bekalan kuasa pada PCB mempunyai keperluan tertentu untuk bekalan kuasa berfungsi. Mengambil cip sebagai contoh, ia biasanya diekspresikan sebagai tiga parameter:

Tekanan bekalan kuasa terakhir: merujuk kepada tekanan bekalan kuasa terakhir yang pin bekalan kuasa cip boleh tahan. Tengah bekalan kuasa cip tidak dapat melebihi julat yang diperlukan; Jika tidak, cipnya mungkin rosak. Dalam julat ini, fungsi cip tidak dijamin; Jika cip berada dalam nilai had parameter ini untuk masa tertentu, kestabilan jangka panjang cip akan dipengaruhi.

Tengah operasi direkomendasikan: rujuk kepada julat tengah yang pin bekalan kuasa cip mesti memenuhi untuk membuat cip berfungsi secara biasa dan dipercayai. Ia biasanya diwakili oleh "V ± X%", di mana V ialah tenaga operasi biasa pin bekalan kuasa cip, x% ialah julat penukaran tenaga yang dibenarkan, dan X biasa ialah 5 atau 3.

Suara bekalan kuasa: Suara garis yang dibenarkan pada voltas pin bekalan kuasa cip untuk cip bekerja dengan mudah dipercayai dan biasanya diwakili oleh nilai puncak-ke-puncak.

Keperlukan "tekanan bekalan had" dan "tekanan operasi direkomendasikan" biasanya disediakan untuk cip, tetapi "bunyi kuasa" mungkin tidak disediakan secara terpisah, yang mungkin disertai dalam parameter "tekanan operasi direkomendasikan". "Suara kuasa" adalah fokus kertas ini dan akan dibahas secara terpisah kemudian.

Untuk memperlihatkan contoh-contoh di atas, masalah integriti bekalan kuasa ialah membincangkan bagaimana bekalan kuasa sistem memenuhi keperluan "sempadan tenaga bekalan kuasa", "tenaga operasi yang direkomendasikan" dan "bunyi bekalan kuasa" pada pin bekalan kuasa yang berbeza cip selepas melewati sistem distribusi kuasa.

Tiga ciri sistem distribusi kuasa

Media fizikal sistem distribusi kuasa berbeza, termasuk Sambungan, kabel, Trek, Plane Kuasa, Plane GND, Via, solder, Pad, pin cip, dll. Mereka berbeza dalam ciri-ciri fizikal (bahan, bentuk, saiz, dll.). Oleh kerana tujuan sistem distribusi kuasa adalah untuk menyediakan kuasa bekalan kuasa sistem kepada peranti yang memerlukan bekalan kuasa, Untuk menyediakan tenaga stabil dan gelung semasa lengkap, jadi kita hanya fokus pada tiga ciri-ciri elektrik sistem distribusi kuasa: ciri-ciri perlahan, ciri-ciri induksi dan ciri-ciri kapasitasi.

Ciri-ciri perlahan

Keperlawanan adalah kuantiti fizikal yang mewakili kesan penghalang konduktor pada arus DC, biasanya mewakili oleh R. Ciri fizikal utamanya ialah apabila arus I mengalir melalui, tenaga elektrik diubah menjadi tenaga panas (I2R), dan jatuh tekanan dc (IR) dijana pada kedua-dua hujung.

Penolakan adalah karakteristik konduktor sendiri, yang berkaitan dengan suhu, bahan, panjang dan kawasan salib-segi konduktor, dan ditentukan oleh Formula 1.1:

-- Resistivity of conductor

-- Panjang konduktor

-- Kawasan melintas konduktor

Di antara mereka

Ciri-ciri fizikal konduktor dan berkaitan dengan suhu. Keresistensi logam biasanya meningkat dengan suhu.

Perlawanan wujud di mana-mana dalam sistem distribusi kuasa: perlawanan dc dan perlawanan kenalan wujud dalam kabel dan sambungan, perlawanan distribusi wujud dalam wayar tembaga, lapisan kuasa, stratum dan melalui lubang, perlawanan dc wujud dalam solder, pad dan pin cip dan perlawanan kenalan wujud di antara mereka.

Penolak ini, apabila semasa mengalir melalui mereka, menghasilkan dua kesan:

Tenaga Dc Drop (IR Drop): Kesan ini akan menyebabkan tenaga bekalan kuasa menurun secara perlahan sepanjang rangkaian distribusi kuasa, atau menyebabkan tenaga tanah rujukan meningkat, dengan itu mengurangkan tenaga port peranti yang memerlukan bekalan kuasa, menyebabkan masalah integriti bekalan kuasa.

Dissipasi kuasa panas: Dissipasi kuasa panas menukar kuasa dari bekalan kuasa ke panas dan meningkatkan suhu sistem, merusak kestabilan sistem dan kepercayaan.

Sama dengan lawan dan muatan sistem distribusi kuasa kepada litar seperti yang dipaparkan dalam Figur 1.1:

Dimana, Vsource mewakili tenaga bekalan kuasa, Voutput mewakili tenaga output, RS mewakili perlawanan bekalan kuasa, R1 mewakili perlawanan yang disebarkan pada laluan bekalan kuasa, R2 mewakili perlawanan yang disebarkan pada laluan kembali. Anggap arus loop adalah I, tenaga bekalan kuasa muatan dipaparkan dalam Persamaan 1.2:

IRS jatuh tekanan pada RS mengurangkan tekanan output Voutput bagi bekalan kuasa, tekanan jatuh IR1 pada laluan bekalan kuasa mengurangkan tekanan bekalan Vcc muatan, dan tekanan jatuh IR2 pada laluan kembali meningkatkan aras GND muatan. Jatuhan tekanan penentang RS, R1 dan R2 di atas akan mengurangi tekanan bekalan vCC-GND muatan, yang menyebabkan masalah integriti bekalan kuasa.

Kehilangan panas pada resistensi sistem distribusi kuasa akan menyebabkan kuasa bekalan kuasa akan diubah menjadi panas dan hilang, dengan itu mengurangkan keefektivitas sistem. Pada masa yang sama, pemanasan akan menyebabkan meningkat suhu sistem, mengurangkan kehidupan beberapa peranti (seperti kondensator elektrolitik), sehingga mempengaruhi kestabilan dan kepercayaan sistem. Kepadatan semasa berlebihan di beberapa kawasan juga akan menyebabkan suhu tempatan terus naik atau bahkan terbakar keluar.

Ia boleh dilihat dari analisis di atas bahawa kedua-dua kesan ini merugikan sistem, dan pengaruh mereka adalah proporsional kepada saiz nilai lawan, jadi mengurangkan ciri lawan sistem distribusi kuasa adalah salah satu sasaran reka kita.

Karakteristik induksi

Indukti adalah kuantiti fizikal yang menguntungkan perlawanan konduktor terhadap arus bertukar. Apabila arus mengalir melalui konduktor, medan magnetik akan membentuk sekeliling konduktor. Apabila semasa berubah, medan magnetik juga akan berubah, dan medan magnetik yang berubah akan membentuk voltaj induk pada kedua-dua hujung konduktor. Kekuatan tekanan akan membuat semasa yang disebabkan menghalangi perubahan semasa asal. Apabila perubahan dalam medan magnetik disekitar konduktor disebabkan oleh perubahan dalam semasa dalam konduktor lain, tekanan yang disebabkan juga akan dijana dalam konduktor, dan polariti tekanan akan menyebabkan semasa disebabkan menghalang perubahan dalam semasa asal. Kesan konduktor ini terhadap perubahan semasa dipanggil induktan, yang pertama dipanggil induktan diri L, yang terakhir dipanggil induktan bersama M. Di sini kita secara langsung memberikan dua ciri-ciri induktan bersama:

Simmetri: dua konduktor A dan B, tidak kira-kira saiz, bentuk dan kedudukan relatif, induktan persamaan konduktor A kepada konduktor B sama dengan induktan persamaan konduktor B kepada konduktor A, iaitu, induktan persamaan sama dengan biasa bagi kedua-dua konduktor;

Induktan saling kurang daripada induksi diri: Induktan saling bagi mana-mana dua konduktor kurang daripada induksi diri kedua-dua konduktor.