Data PCB - Apa sistem distribusi kuasa pada papan PCB

Biasanya apa yang kita tunjukkan Papan PCB, the kuasa distribution system (PDS) refers to the subsystem that distributes the power of the Power Source to the devices and devices in the system that need to be powered. Terdapat sistem distribusi kuasa dalam semua sistem elektrik, seperti sistem cahaya bangunan, oscilloscope, a Papan PCB, pakej, dan cip, semuanya mempunyai sistem distribusi kuasa di dalam.

Sistem distribusi kuasa pada PCB

Dalam produk biasa, sistem distribusi kuasa termasuk semua sambungan antara modul peraturan tekanan (VRM) ke papan PCB, pakej, dan cip. Ia boleh dibahagi menjadi empat seksyen: modul peraturan tekanan (VRM) termasuk kondensator penapisnya - bekalan kuasa; Kondensator bulk pada papan PCB, kondensator penyahpautan frekuensi tinggi, garis sambungan, melalui, pesawat kuasa/tanah - sistem distribusi kuasa papan PCB pada pakej; pins pakej, wayar ikatan, sambungan dan kondensator terlibat - sistem distribusi kuasa pada pakej; on-chip interconnects and capacitors, dll. - sistem distribusi kuasa pada cip. Sistem penyebaran kuasa yang dipanggil pada PCB merujuk kepada sistem pada PCB yang mengedarkan kuasa Sumber Kuasa kepada pelbagai cip dan peranti yang perlu diaktifkan. Artikel ini terutama fokus pada sistem distribusi kuasa pada papan PCB, jadi kita setuju bahawa sistem distribusi kuasa atau PDS yang disebut di bawah merujuk kepada sistem distribusi kuasa pada papan PCB. Peran sistem distribusi kuasa adalah untuk menghantar tekanan yang betul dan stabil, yang bermakna tekanan di semua posisi pada PCB boleh disimpan dengan betul dan stabil dalam mana-mana syarat muatan. Pelajaran operasi yang betul dan stabil sistem distribusi kuasa adalah apa yang kita panggil masalah integriti kuasa.

Integriti kuasa

Integriti kuasa yang dipanggil merujuk kepada darjah persetujuan bekalan kuasa sistem dengan keperluan kuasa kerja di port peranti yang memerlukan bekalan kuasa relatif dengan port peranti selepas melewati sistem distribusi kuasa. Secara umum, peranti yang memerlukan bekalan kuasa pada papan PCB mempunyai keperluan tertentu untuk bekalan kuasa berfungsi. Mengambil cip sebagai contoh, ia biasanya menunjukkan tiga parameter: Had tenaga bekalan kuasa: Ia merujuk kepada tenaga bekalan kuasa had yang pins bekalan kuasa cip boleh menahan. . Tengah bekalan kuasa cip tidak boleh melebihi julat yang diperlukan bagi parameter ini, jika tidak ia boleh menyebabkan kerosakan pada cip; dalam julat ini, fungsi cip tidak dijamin; jika cip berada di nilai had parameter ini untuk tempoh tertentu, ia akan mempengaruhi kestabilan cip jangka panjang; tegangan kerja direkomendasikan: rujuk kepada julat di mana tegangan pins bekalan kuasa cip perlu dijamin untuk membuat cip berfungsi secara biasa dan dipercayai, biasanya diekspresikan sebagai "V ±x%", di mana V adalah nilai biasa pins bekalan kuasa cip tegangan kerja, x% adalah julat penukaran tegangan yang boleh dibenarkan, x biasa ialah 5 atau 3; bunyi bekalan kuasa: merujuk kepada bunyi ribple yang boleh dibenarkan pada tegangan pins bekalan kuasa cip untuk membuat cip berfungsi secara biasa dan boleh dipercayai, biasanya menggunakan nilai puncak-ke-puncak untuk mengukur. Helaian data cip biasanya menyediakan keperluan untuk "sempadan tenaga bekalan kuasa" dan "tenaga operasi yang direkomendasikan". Untuk "bunyi bekalan kuasa", ia mungkin tidak disediakan secara terpisah. Dalam kes ini, ia boleh disertai dalam parameter "tegangan operasi direkomendasikan". Dan "bunyi bekalan kuasa" adalah fokus artikel ini, dan akan dibahas secara terpisah kemudian. Mengambil contoh di atas untuk memperlihatkan, masalah integriti kuasa adalah untuk membincangkan "had tenaga bekalan kuasa" dan "tenaga kerja yang direkomendasikan" bekalan kuasa pada pin bekalan kuasa yang berbeza cip relatif dengan pin cip selepas bekalan kuasa sistem melewati sistem distribusi kuasa. Keperlukan bekalan kuasa.

Tiga ciri-ciri sistem distribusi kuasa

Media fizikal sistem distribusi kuasa adalah berbeza, termasuk Sambungan, kabel, Trek, Plane Kuasa, Plane GND, Via, Pad, pin cip, dll., dan ciri-ciri fizikal mereka (bahan, bentuk, saiz, dll.) berbeza. Oleh kerana tujuan sistem distribusi kuasa adalah untuk menyediakan kuasa bekalan kuasa sistem kepada peranti yang perlu diaktifkan, untuk menyediakan tegangan yang stabil dan gelung semasa lengkap, kita hanya fokus pada tiga karakteristik elektrik sistem distribusi kuasa: karakteristik resisten, karakteristik induktan dan karakteristik kapasitas.

Ciri-ciri perlahan

Keperlawanan ialah kuantiti fizikal yang menguraikan perlawanan konduktor kepada arus DC, biasanya diwakili oleh R. Ciri fizikal utamanya ialah apabila arus I mengalir, ia mengubah tenaga elektrik ke tenaga panas (I2R) dan menghasilkan titik tegangan DC (IR) di seluruhnya. Adalah sifat fizikal konduktor dan bergantung pada suhu, resistiviti logam biasanya meningkat dengan suhu. Keperlawanan wujud di mana-mana dalam sistem distribusi kuasa: Keperlawanan DC dan perlawanan kenalan wujud dalam kabel dan konektor, perlawanan distribusi wujud dalam wayar tembaga, lapisan bekalan kuasa, lapisan tanah, dan vias, dan perlawanan DC wujud dalam solder, pads, dan pin cip. Ada perlawanan kenalan di antara mereka. IR Drop: Kesan ini menyebabkan tenaga bekalan kuasa secara perlahan-lahan menurun sepanjang rangkaian distribusi kuasa, atau tenaga rujukan tanah meningkat, yang mengurangkan tenaga di port peranti yang perlu diaktifkan, menyebabkan masalah integriti kuasa; Dissipasi kuasa panas: kesan ini mengurangkan bekalan kuasa kuasa ditukar menjadi panas, dan pada masa yang sama, ia menyebabkan suhu sistem meningkat, membahayakan kestabilan dan kepercayaan sistem. IRS jatuh tekanan pada RS mengurangkan tekanan output Voutput bekalan kuasa, IR1 jatuh tekanan pada laluan kuasa mengurangkan tekanan bekalan Vcc muatan, dan IR2 jatuh tekanan pada laluan kembali meningkatkan aras GND muatan. Jatuhan tegangan penentang RS, R1, dan R2 yang disebut di atas akan menyebabkan pengurangan tegangan bekalan kuasa VCC-GND muatan, dan menyebabkan masalah integriti kuasa. The heat loss generated by the resistance of the power distribution system will cause the power of the power supply to be converted into heat and dissipated in vain, thereby reducing the efficiency of the system. Pada masa yang sama, pemanasan akan menyebabkan suhu sistem meningkat, mengurangkan kehidupan beberapa peranti (seperti kondensator elektrolitik) dan mempengaruhi kestabilan dan kepercayaan sistem. Kepadatan semasa berlebihan di beberapa kawasan juga akan menyebabkan suhu setempat 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 dengan nilai lawan lawan, jadi mengurangkan karakteristik lawan sistem distribusi kuasa adalah salah satu sasaran reka kita.

Ciri-ciri induksi

Indukti adalah kuantiti fizikal yang menguntungkan perlawanan konduktor kepada 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. Kualiti tekanan akan menyebabkan induksi yang disebabkan Semasa menghalangi perubahan semasa asal; apabila perubahan semasa dalam konduktor lain disekitar konduktor menyebabkan medan magnetik disekitar konduktor berubah, tekanan yang disebabkan juga akan dijana dalam konduktor, dan polariti tekanan akan menyebabkan tekanan yang disebabkan menghalangi tekanan asal. Perubahan. Kesan konduktor ini untuk menghalang perubahan semasa dipanggil induktan, yang pertama dipanggil induktan diri L, dan yang terakhir dipanggil induktan bersama M. Di sini kita secara langsung memberikan dua sifat induktan bersama: simetri: dua konduktor a dan b, tidak kira saiz, bentuk dan kedudukan relatif, - induktan bersama-sama konduktor a ke konduktor b sama dengan induktan bersama-sama konduktor b ke konduktor a, iaitu induktan bersama-sama sama sama dengan kedua-dua konduktor; induktan antara satu sama lain kurang daripada induktan diri sendiri: induktan antara dua konduktor kurang daripada induktan diri kedua-dua konduktor. Tekanan ini disebabkan oleh perubahan semasa adalah signifikan dalam integriti isyarat (termasuk integriti kuasa) dan boleh menyebabkan kesan garis penghantaran, perubahan tiba-tiba, Crosstalk, SSN, Rail Collapse, Ground Bounce dan sebahagian besar EMI. Dalam sistem distribusi kuasa, induktan ada di mana-mana. Penyambung, kabel, wayar tembaga, lapisan kuasa, lapisan tanah, vias, pads, pin cip, dll. semua mempunyai induksi, dan terdapat induksi antara konduktor yang dekat satu sama lain. Anggap bahawa self-inductance setempat cabang a ialah La, self-inductance setempat cabang b ialah Lb, indutance setempat antara kedua cabang ini ialah M, dan semasa dalam loop ialah I. Oleh kerana kedua cabang adalah selari dan arus mengalir dalam arah bertentangan, medan magnet yang dijana oleh mereka adalah dalam arah bertentangan. Jika cabang a mewakili laluan kuasa dan cabang b mewakili laluan balik, Va mewakili bunyi kuasa (runtuhan keretapi/lompatan kuasa) pada laluan kuasa, - dan Vb mewakili bunyi runtuhan trek/lompat tanah pada laluan kembali. Both of these two kinds of noise will cause instability of the power supply voltage and cause power integrity problems. Oleh itu, salah satu tujuan rancangan kita adalah untuk mengurangi dua tegangan di atas. Terdapat dua cara: mengurangi kadar perubahan semasa loop sebanyak yang mungkin: Ini bermakna kelajuan perubahan semasa yang tiba-tiba diseret oleh muatan perlu dikurangkan, bilangan port bekalan kuasa yang berkongsi laluan bekalan kuasa dan laluan kembali mesti dikurangkan; Induktansi setempat antara dua cabang. Mengurangi induksi-diri setempat cabang bermakna menggunakan laluan kuasa yang paling pendek dan terbesar dan laluan kembali sebanyak mungkin. Meningkatkan induksi saling setempat bermakna bahawa dua cabang perlu selari. Dan sebaik mungkin di bawah premis terbalik. Dari analisis di atas, boleh dilihat bahawa tekanan yang disebabkan oleh induktan apabila perubahan semasa adalah sumber banyak masalah dalam integriti kuasa, jadi mengurangkan tekanan yang disebabkan di atas sistem distribusi kuasa adalah salah satu sasaran reka kita.

Sistem distribusi kuasa adalah objek utama diskusi dalam kertas ini, dan kandungan kerjanya yang berkaitan adalah isu integriti kuasa. Sistem distribusi kuasa mempunyai resisten, karakteristik induktif dan kapasitif, sama ada. Karakteristik resisten dan induktif merugikan integriti kuasa, sementara karakteristik kapasitif berguna untuk integriti kuasa. Tujuan rancangan kita adalah untuk mengurangi atau bahkan menghapuskan pengaruh karakteristik resisten dan induktif, dan meningkatkan pengaruh ciri-ciri kapasitif pada Papan PCB.