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高速PCB中电源完整性的设计:亚博买球

2020-11-23 04:58:02

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亚博买球_随着印刷电路板设计复杂度的逐渐提高,除了光、串扰和电磁干扰之外,稳定可靠的电源已经成为设计者的重点研究方向之一。特别是在功率器件数量大幅减少,核心电压大幅升高的情况下,电源的波动往往不会给系统带来可怕的影响,于是人们明确提出了一个新名词:功率完整性,全称PI(powerintegrity)。在当今国际市场上,IC设计相对发达,但电源完整性设计仍然是一个脆弱的环节。

因此,本文明确提出了印刷电路板电源完整性问题的产生,分析了影响电源完整性的因素,明确提出了解决印刷电路板电源完整性问题的优化方法和经验设计,具有较强的理论分析和实际工程应用价值。二、电源噪声的原因及分析我们通过一个与非门电路图来分析电源噪声的原因。

图1中的电路图是一个三输出与非门的结构图,因为与非门属于数字器件,通过1和0电平的转换工作。随着IC技术的发展,数字器件的转换速度越来越快,引入了更多的高频成分。同时,电路中的电感在高频时更容易引起电源波动。

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如图1所示,当与非门的输出仅处于高电平时,电路中的三极管导通,电路瞬间短路,电源同时流入电容电池和地线。此时,因为电源线和接地线上没有主机电感,所以我们可以从公式V=LdI/dt知道,这样会在电源线和接地线上产生电压波动,比如图2右图中电平下降沿引入的I噪声。

与非门的输出处于低电平时,此时电容是静态的,会在接地线上产生小的I噪声;此时电源只有电路瞬时短路引起的电流变化,由于没有电容电池,电流变化小于下降沿。从对与非门电路的分析中,我们得知功率不稳定的主要原因在于两个方面:一是器件在高速供电状态下瞬态交流电流过大;第二,电流回路上没有电感。所谓地电源完整性问题,是指在高速PCB中,当大量芯片同时打开或重新打开时,电路中不会出现小的瞬态电流,由于没有电感和电阻,电源线和接地线上不会出现电压波动。

知道了电源完整性问题的本质,我们告诉大家,要解决电源完整性问题,首先对于高速器件,我们通过增加去耦电容来去除其高频噪声成分,从而增加信号的瞬态时间;对于电路中不存在的电感,要从电源的分层设计考虑。第三,去耦电容在高速PCB设计中的应用,去耦电容起着最重要的作用,其放置方位也很重要。

这是因为当电源短时间向阻抗供电时,电容器中存储的电荷可以避免电压上升。如果电容器放在不合理的位置,线路电阻会过大,影响供电。同时,当器件高速切换时,电容会产生高频噪声。

在高速PCB的设计中,我们通常在电源的输入端和芯片电源的输出端都有一个去耦电容,附近电源的电容值一般较小(比如10F)。这是因为我们一般在PCB中使用DC电源,对于噪声电源,噪声电容的谐振频率可以比较低;同时,大电容可以保证电源输入的稳定性。

对于其槽连接到电源的去耦电容器,电容值通常较小(例如0.1F),因为高速芯片中的噪声频率通常较低,这抑制了添加的去耦电容器的低谐振频率,即去耦电容器的电容值应该较小。至于去耦电容的位置,我们知道,如果方向不当,线路电阻将不会降低 对于芯片或电源中的去耦电容和电感,我们可以用公式:求出,在公式中,l:电容与芯片之间的线长;r:线半径;d:电源线与地面的距离;所以我们告诉,要增加电感L,就要增加L和D,也就是增加去耦电容和芯片形成的回路面积,也就是尽可能靠近芯片器件排斥电容和芯片。

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