Технология PCB - Целостность сигнала питания при проектировании и компоновке PCB

При проектировании PCB мы обычно заботимся о качестве сигнала, но иногда мы ограничиваемся изучением сигнальных линий и рассматриваем питание и заземление как идеальные условия. Хотя это может упростить проблему, это в высокоскоростном дизайне. В Китае такое упрощение уже невозможно. Хотя более непосредственные результаты проектирования схемы проявляются в целостности сигнала, мы не можем игнорировать целостность конструкции источника питания. Потому что целостность питания напрямую влияет на целостность сигнала конечной платы PCB. Электрическая целостность и целостность сигнала тесно связаны, и во многих случаях основной причиной искажения сигнала является энергосистема. Например, слишком большой шум отскока от заземления, неправильная конструкция развязывающего конденсатора, очень серьезное воздействие контура, плохое разделение нескольких плоскостей питания / заземления, нерациональная конструкция заземления, неравномерный ток и так далее.

1) Дисцептивные конденсаторы

Мы все знаем, что добавление конденсаторов между источником питания и землей может уменьшить шум системы, но сколько конденсаторов должно быть добавлено к монтажной плате? Какова емкость каждого конденсатора? Какое место лучше для каждого конденсатора? Подобно этим проблемам, мы обычно не рассматриваем их всерьез, а делаем это на основе опыта дизайнера, иногда даже думая, что чем меньше емкость, тем лучше. При высокоскоростном проектировании мы должны учитывать паразитные параметры конденсаторов, количественно рассчитать количество развязывающих конденсаторов, емкость каждого конденсатора и конкретное местоположение размещения, чтобы обеспечить сопротивление системы в контролируемом диапазоне, что является основным принципом. Нет лишних конденсаторов.

2) Наземный отскок

Когда скорость на краю высокоскоростного устройства составляет менее 0,5 ns, скорость обмена данными от шины данных большой емкости очень быстра. Когда он создает сильные волны в энергетическом слое, которые могут влиять на сигнал, возникает проблема нестабильности мощности. При изменении тока через контур заземления напряжение возникает из - за индуктивности контура. Когда подъем вдоль сжатия, скорость изменения тока увеличивается, а напряжение отскока от заземления увеличивается. На этом этапе плоскость заземления (земля) больше не является идеальным нулевым уровнем, и источник питания не является идеальным потенциалом постоянного тока. Когда количество переключающихся дверей увеличивается, отскок от земли становится более серьезным. Для 128 - разрядной шины может быть 50 - 100 линий ввода / вывода, которые переключаются на одном и том же краю часов. На этом этапе индуктивность, обратная связь с питанием и контуром заземления одновременно переключающегося привода I / O, должна быть как можно ниже, иначе щетка напряжения будет появляться при подключении к тому же заземлению во время покоя. Отскок заземления можно увидеть повсюду, например, в чипе, упаковке, соединителе или монтажной плате, что может привести к отскоку заземления, что приведет к проблемам с целостностью питания.

С точки зрения технологического развития, край подъема устройства будет только уменьшаться, а ширина шины будет только увеличиваться. Единственный способ удержать отскок от заземления на приемлемом уровне - снизить индуктивность питания и распределения заземления. Для чипов это означает переход к массивным чипам, размещение как можно большего количества источников питания и заземления, а также подключение проводов к максимально коротким пакетам для снижения индуктивности. Для инкапсуляции это означает инкапсуляцию подвижным слоем, что делает расстояние между плоскостями заземления источника питания ближе, как это используется в упаковке BGA. Для разъемов это означает использование большего количества заземленных выводов или перепроектирование разъемов, чтобы они имели внутреннее питание и плоскость заземления, например, ленточные кабели на основе разъемов. Для монтажных плат это означает, что соседние источники питания и плоскость заземления должны быть как можно ближе. Поскольку индуктивность пропорциональна длине, минимальное соединение между источником питания и заземлением уменьшит шум заземления.

3) Распределительная система

Проектирование целостности электропитания является очень сложной проблемой при компоновке и проектировании PCB, но как управлять сопротивлением между системами электропитания (питание и плоскость заземления) в последние годы является ключом к дизайну. Теоретически, чем ниже сопротивление между энергосистемами, тем лучше, чем ниже сопротивление, тем меньше амплитуда шума и тем меньше потеря напряжения. В практическом проектировании мы можем определить целевое сопротивление, которое мы хотим достичь, указав максимальное напряжение и диапазон питания, а затем, регулируя соответствующие факторы в цепи, приблизить сопротивление (связанное с частотой) каждой части энергосистемы к целевому сопротивлению.