Teknik PCB - Rancangan Integriti Kuasa dalam PCB Kelajuan Tinggi

I. Perkenalan

Dengan peningkatan perlahan-lahan dalam kompleksiti rancangan PCB, selain refleksi, saling bercakap, dan analisis EMI untuk integriti isyarat, bekalan kuasa yang stabil dan boleh dipercayai telah juga menjadi salah satu arah kajian utama bagi raksasa. Terutama apabila bilangan peranti tukar terus meningkat dan tekanan inti terus berkurang, perubahan bekalan kuasa akan sering mempunyai kesan fatal pada sistem, jadi orang melanjutkan istilah baru: integriti kuasa, disebut sebagai PI (integriti kuasa). Dalam pasar antarabangsa hari ini, desain IC relatif dikembangkan, tetapi desain integriti kuasa masih pautan yang lemah. Oleh itu, artikel ini mencadangkan generasi masalah integriti kuasa dalam papan PCB, menganalisis faktor yang mempengaruhi integriti kuasa, dan mencadangkan kaedah optimasi dan rancangan empirik untuk menyelesaikan masalah integriti kuasa dalam papan PCB. Ia mempunyai analisis teori yang kuat dan aplikasi teknik praktik. nilai.

2. Sebab dan analisis bunyi bekalan kuasa

Kami menganalisis penyebab bunyi bekalan kuasa melalui diagram sirkuit NAND. Diagram sirkuit dalam Figur 1 adalah diagram struktur gerbang NAND 3-input. Kerana pintu NAND adalah peranti digital, ia berfungsi dengan menukar antara tahap "1" dan "0". Dengan peningkatan terus menerus teknologi IC, kelajuan penukaran peranti digital semakin cepat dan cepat, yang memperkenalkan komponen frekuensi tinggi, dan induktan dalam loop boleh mudah menyebabkan perubahan kuasa pada frekuensi tinggi. Seperti dalam Figure 1, apabila masukan pintu NAND semua tinggi, transistor dalam sirkuit diaktifkan, sirkuit adalah sirkuit pendek seketika, dan bekalan kuasa mengisi kondensator semasa mengalir ke dalam wayar tanah. Pada masa ini, disebabkan induksi parasit pada garis kuasa dan garis tanah, kita boleh tahu dari formula V=LdI/dt bahawa ia akan menghasilkan perubahan tegangan pada garis kuasa dan garis tanah, seperti yang dipaparkan dalam Gambar 2 oleh pinggir naik aras. Saya bunyi. Apabila input pintu NAND rendah, kondensator melepaskan pada masa ini, yang akan menghasilkan bunyi Î`I besar di tanah; dan bekalan kuasa pada masa ini hanya mempunyai perubahan semasa tiba-tiba disebabkan oleh sirkuit pendek seketika sirkuit, kerana tiada muatan pada kondensator. Perubahan tiba-tiba dalam semasa lebih kecil daripada pinggir naik. Dari analisis sirkuit gerbang NAND, kita tahu bahawa penyebab akar ketidakstabilan bekalan kuasa adalah terutama dalam dua aspek: pertama, arus bertukar sementara terlalu besar apabila peranti ditukar dengan kelajuan tinggi;

Kedua adalah induktan yang wujud pada loop semasa. Masalah integriti kuasa tanah yang disebut bermakna bahawa dalam PCB kelajuan tinggi, apabila sejumlah besar cip dimatikan atau dimatikan pada masa yang sama, arus transient besar akan dijana dalam sirkuit. Pada masa yang sama, kerana terdapat induksi dan perlawanan pada garis kuasa dan garis tanah, akan ada perubahan tegangan pada kedua-dua. Mengetahui sifat masalah integriti kuasa, kita tahu bahawa untuk menyelesaikan masalah integriti kuasa, pertama-tama, untuk peranti kelajuan tinggi, kita tambah kondensator penyahpautan untuk menghapuskan komponen bunyi frekuensi tinggi, untuk mengurangkan masa sementara isyarat; Untuk induktan yang ada dalam loop, kita perlu mempertimbangkan rancangan hierarkis bekalan kuasa.

Ketiga, aplikasi kapasitor penyahpautan

Dalam rancangan PCB kelajuan tinggi, kapasitor pemisahan bermain peran penting, dan lokasi tempatnya juga sangat penting. Ini kerana apabila bekalan kuasa menyediakan kuasa untuk muatan untuk masa singkat, muatan yang disimpan dalam kondensator boleh menghalang tekanan jatuh. Jika kondensator ditempatkan dalam kedudukan yang salah, impedance garis mungkin terlalu besar dan mempengaruhi bekalan kuasa. Pada masa yang sama, kondensator boleh penapis bunyi frekuensi tinggi semasa tukar kelajuan tinggi peranti. Dalam rancangan PCB kelajuan tinggi kami, kami biasanya menambah kondensator pemisah ke akhir output bekalan kuasa dan akhir input kuasa cip. Nilai kapasitasi dekat hujung bekalan kuasa secara umum lebih besar (seperti 10μF). Ini kerana kita biasanya menggunakan Untuk menapis bunyi bekalan kuasa, frekuensi resonan bekalan kuasa DC boleh relatif rendah; pada masa yang sama, kondensator besar boleh memastikan kestabilan output bekalan kuasa. Untuk kondensator penyahpautan yang ditambah ke pin cip yang disambungkan dengan bekalan kuasa, nilai kondensasinya biasanya kecil (seperti 0.1μF), kerana dalam cip kelajuan tinggi, frekuensi bunyi biasanya lebih tinggi, yang memerlukan tambahan penyahpautan frekuensi resonan kondensator sepatutnya tinggi, iaitu, kondensasi kondensator penyahpautan sepatutnya kecil.

Regarding the placement of decoupling capacitors, we know that incorrect placement will increase the line impedance, reduce its resonant frequency and affect the power supply. Untuk kondensator pemisahan dan induktan dalam cip atau bekalan kuasa, kita boleh gunakan formula:

Dalam formula, l: panjang garis antara kondensator dan cip; r: radius garis; d: jarak antara garis kuasa dan tanah;

Dari ini kita tahu bahawa untuk mengurangi induktan L, anda mesti mengurangi l dan d, iaitu, mengurangi kawasan loop yang terbentuk oleh kondensator pemisah dan cip, iaitu, kondensator dan cip diperlukan untuk menjadi sebanyak mungkin kepada peranti cip.

Keempat, rancangan sirkuit kuasa

Untuk memastikan integriti kuasa, kita tahu rangkaian distribusi kuasa yang baik adalah penting. Pertama-tama, untuk desain garis kuasa dan garis tanah, kita mesti pastikan lebar garis lebih tebal (contohnya, lebar ialah 40 mil, dan garis isyarat biasa ialah 10 mil), supaya mengurangi nilai impedance sebanyak mungkin. Dengan kelajuan cip semakin tinggi, menurut peraturan 5/5, kita menggunakan papan berbilang lapisan yang berkuasa oleh lapisan kuasa yang ditugaskan dan lapisan tanah yang ditugaskan untuk membentuk loop, dengan itu mengurangi induktan sirkuit.