La importancia de la integridad de la potencia de PCB

Cuando diseñamos el circuito de PCB, generalmente nos preocupamos por la calidad de la señal, pero a veces nos limitamos a estudiar la línea de señal, y la potencia y la conexión a tierra como una situación ideal para manejar, aunque esto puede simplificar el problema, pero Situación de diseño de alta velocidad, esta simplificación ya no es práctica. Aunque el resultado directo del diseño del circuito se manifiesta en términos de integridad de la señal, no debemos pasar por alto el diseño de la integridad de la alimentación. Porque la integridad de la alimentación afecta directamente a la integridad de la señal de la placa PCB final. Tanto la integridad de la alimentación como la integridad de la señal están estrechamente relacionadas, y en muchos casos, la principal causa de la distorsión de la señal es el sistema de alimentación. Por ejemplo, el ruido de rebote a tierra es demasiado grande, los condensadores de desacoplamiento no están diseñados correctamente, los efectos de bucle son severos, los planos de potencia / tierra múltiples no están bien segmentados, el diseño de tierra no es razonable, la corriente no es uniforme, etc.

1) sistema de distribución de energía PCB

El diseño de la integridad de la energía es un asunto muy complicado, pero cómo controlar la impedancia entre el sistema de energía (la fuente de alimentación y el plano de tierra) es la clave para diseñar en los últimos años. Hablando teóricamente, cuanto menor sea la impedancia entre los sistemas de alimentación, menor será la impedancia, menor será la amplitud del ruido y menor será la pérdida de voltaje. En el diseño real, podemos determinar la impedancia objetivo que queremos alcanzar especificando el rango máximo de variación de potencia y voltaje. Luego, podemos hacer que la impedancia de las distintas partes del sistema de energía (relacionada con la frecuencia) se acerque a la impedancia objetivo ajustando los factores relevantes en el circuito.


2) Rebote en el suelo

Cuando la velocidad de borde de un dispositivo de alta velocidad es inferior a 0.5 ns, la tasa de intercambio de datos del bus de datos de gran capacidad es particularmente rápida, y cuando genera fuertes ondulaciones en la capa de potencia que son suficientes para afectar la señal, potencia ocurre inestabilidad. Cuando la corriente a través del bucle de tierra cambia, la inductancia del bucle genera un voltaje. Cuando se acorta el flanco ascendente, aumenta la tasa de cambio actual y aumenta el voltaje de rebote a tierra. En este punto, el plano de tierra (tierra) no es idealmente nivel cero, y la fuente de alimentación no es un potencial de CC ideal. A medida que aumentan las puertas para el cambio simultáneo, el rebote en el suelo se vuelve más severo. Para un bus de 128 bits, es posible que haya 50-100 líneas de E / S que cambien en el mismo borde del reloj. En este momento, la inductancia de la fuente de alimentación y el bucle a tierra se realimentarán al controlador de E / S conmutado simultáneamente. tan bajo como sea posible, de lo contrario, aparecerá un cepillo de voltaje cuando la tierra esté conectada a la misma tierra. El rebote de tierra se puede ver en todas partes, como el rebote de tierra en chips, paquetes, conectores o placas de circuito, lo que puede llevar a problemas de integridad de alimentación.

Desde el punto de vista del desarrollo de la tecnología, el flanco ascendente del dispositivo solo disminuirá y el ancho del bus solo aumentará. La única forma de mantener un rebote es reducir la inductancia de distribución de potencia y tierra. Para los chips, significa pasar a una oblea de matriz, colocar la potencia y la tierra tanto como sea posible, y conectarse al paquete lo más corto posible para reducir inductancia. Para el paquete, significa mover el paquete para hacer que el plano de tierra de la fuente de alimentación esté más espaciado, como se usa en el paquete BGA. Para conectores, significa usar más pines de tierra o rediseñar los conectores para tener alimentación interna y planos de tierra , como los cables de cinta basados en conectores. Para una placa de circuito, significa que la fuente de alimentación adyacente y el plano de tierra están lo más cerca posible. Dado que la inductancia es proporcional a la longitud, conectar la fuente de alimentación a tierra lo más corto posible reducirá el ruido de tierra.


3) Condensadores de desacoplamiento

Todos sabemos que agregar algo de capacitancia entre la fuente de alimentación PCB 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? ¿Dónde se coloca mejor cada capacitor? Similar a estos problemas En general, no consideramos seriamente, pero dependemos de la experiencia del diseñador para realizar, y algunas veces incluso pensamos que cuanto más pequeña sea la capacitancia, mejor. En el diseño de alta velocidad, debemos considerar los parámetros parásitos del condensador, calcular cuantitativamente el número de condensadores de desacoplamiento y la capacitancia de cada condensador y la ubicación específica para garantizar que la impedancia del sistema se encuentre dentro del rango de control. Un principio básico es que se necesitan condensadores de desacoplamiento, uno no puede ser menos, exceso de capacitancia, no se requiere uno.



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