Consideraciones de integridad de la señal de alimentación en el diseño a prueba de PCB

En el diseño de circuitos, generalmente estamos preocupados por la calidad de la señal, pero a veces estamos limitados a la línea de señal para la investigación, y la potencia y la tierra como la situación ideal para tratar, aunque esto puede simplificar el problema, pero en diseño de alta velocidad Esta simplificación ya no es factible. Aunque el resultado directo del diseño del circuito se manifiesta en la integridad de la señal, no debemos descuidar el diseño de integridad de la alimentación. Porque la integridad de la energía afecta directamente la integridad de la señal de la PCB final. Tanto la integridad de la alimentación como la integridad de la señal están estrechamente relacionadas y, en muchos casos, la causa principal de la distorsión de la señal es el sistema de alimentación. Por ejemplo, el ruido de rebote a tierra es demasiado grande, el diseño del condensador de desacoplamiento no es adecuado, la influencia del bucle es grave, la división de múltiples planos de potencia / tierra no es buena, el diseño de la formación no es razonable, la corriente no es uniforme , y similares.

(1) condensador de desacoplamiento

Todos sabemos que agregar un condensador entre la fuente de alimentación y la tierra puede reducir el ruido del sistema, pero ¿cuánta capacitancia se agrega a la placa de circuito? ¿Qué tan grande es la capacitancia de cada capacitor? ¿Qué posición es mejor para cada condensador? Similar a estos problemas Generalmente no lo pensamos seriamente, solo por la experiencia del diseñador, a veces incluso pensamos que cuanto menos condensador, mejor. En el diseño de alta velocidad, debemos considerar los parámetros parásitos del capacitor, calcular cuantitativamente el número de capacitores de desacoplamiento y la capacitancia de cada capacitor y la posición específica de la colocación, para asegurar que la impedancia del sistema esté dentro del rango de control , un principio básico es la necesidad de desacoplar condensadores, uno no puede ser menor, el condensador en exceso, uno no.

(2) rebote en el suelo

Cuando la velocidad de borde de un dispositivo de alta velocidad es inferior a 0,5 ns, la velocidad de intercambio de datos del bus de datos de gran capacidad es particularmente rápida, y cuando genera fuertes ondas en la capa de suministro de energía que son suficientes para afectar la señal, Se produce inestabilidad de la fuente de alimentación. Cuando la corriente a través del circuito de tierra cambia, se genera un voltaje debido a la inductancia del circuito. Cuando el borde ascendente se acorta, la tasa de cambio de corriente aumenta y el voltaje de rebote a tierra aumenta. En este punto, el plano de tierra (tierra) ya no es un nivel cero ideal, y la fuente de alimentación no es el potencial de CC ideal. Cuando la puerta del interruptor simultáneo aumenta, el rebote en el suelo se vuelve más grave. El rebote a tierra se puede ver en todas partes, como el chip, el paquete, el conector o la placa de circuito pueden rebotar, lo que genera problemas de integridad de energía.

Desde la perspectiva del desarrollo tecnológico, el borde ascendente del dispositivo solo disminuirá, y el ancho del bus solo aumentará. La única forma de mantener el terreno rebotado es reducir la potencia y la inductancia de distribución del terreno. Para el chip, significa pasar a una variedad de obleas, colocar la potencia y la tierra lo más posible, y el cableado al paquete es lo más corto posible para reducir la inductancia. Para empaquetar, significa mover el paquete de capas para acercar el espacio del plano de tierra de la fuente de alimentación, como se usa en los paquetes BGA. Para los conectores, significa usar más pines de tierra o rediseñar los conectores para que tengan alimentación interna y planos de tierra, como cables de cinta basados en conectores. Para una placa, significa que la potencia adyacente y los planos de tierra están lo más cerca posible. Dado que la inductancia es proporcional a la longitud, hacer que la conexión de la fuente de alimentación y la tierra sea lo más corta posible reducirá el ruido de la tierra.

(3) sistema de distribución de energía

El diseño de integridad de potencia es un asunto muy complicado, pero la clave del diseño es cómo controlar la impedancia entre el sistema de potencia (potencia y plano de tierra) en los últimos años. En teoría, cuanto menor es la impedancia entre los sistemas de potencia, mejor, menor es la impedancia, menor es la amplitud del ruido y menor es la pérdida de voltaje. En el diseño real, podemos determinar la impedancia objetivo que queremos alcanzar especificando el rango máximo de variación de voltaje y potencia. Luego, al ajustar los factores relevantes en el circuito, se aborda la impedancia objetivo (dependiente de la frecuencia) de cada parte del sistema de potencia.