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考虑PCB设计中的电源信号完整性

编辑:PCB    来源:未知    发布时间:2019-03-16 22:23    浏览量:
在电路设计中,大家一般都关注信号的质量,但有时大家往往只限于信号线进行研究,而电源和地面作为处理的理想情况虽然这可以简化问题,但在高速设计中,这种简化已不再可行。虽然电路设计的直接结果以信号完整性显示,但大家不能忽视电源完整性设计。因为电源完整性直接影响最终PCB板的信号完整性。电源完整性和信号完整性密切相关,在许多情况下,影响信号失真的主要原因是电源系统。
 
例如,地面反弹噪声太大,去耦电容设计不合适,电路影响很严重,多功率/地平面分割不好,编队设计不合理,电流不均匀等等上。
 
1.去耦电容大家都知道在电源和地之间增加一些电容可以降低系统的噪声,但是电路板上增加了多少电容?每个电容器的电容有多大?每个电容器的位置更好?类似这些问题大家一般都不认真考虑,只是用设计师的经验来进行,有时甚至认为电容越小越好。
 
在高速设计中,必须考虑电容器的寄生参数,定量计算每个电容器的耦合电容数和具体位置,以确保系统的阻抗在控制范围内,基本原理是需要去耦电容,一个不能少,多余的电容,一个不。
 
2,地面反弹当高速设备的边缘速率小于0.5ns时,来自大容量总线的数据交换速率特别快,当它在电源层产生影响信号的强烈波纹时,发生电源不稳定问题。当电流通过接地回路变化时,由于电路电感会产生一个电压,当上升沿缩短时,电流变化率增加,接地回弹电压增加。此时,接地层(地线)不再是理想的0电平,电源不是理想的直流电位。当同步开关的门电路增加时,地面反弹变得更严重。对于128位总线,可能有50_100个I / O线沿同一时钟切换。此时,反馈到电源的I / O驱动器和接地回路电感的同时切换必须尽可能低,否则,即使到相同的接地静电也会出现电压刷。
 
各处的弹跳,例如芯片,封装,连接器或电路板,都会反弹,导致电源完整性问题。从技术发展的角度来看,设备的上升沿只会减少,而总线的宽度只会增加。保持弹跳的唯一可接受的方法是减少电源和接地分配电感。对于芯片装置,移动到阵列晶圆,尽可能多地放置电源和地,并尽可能短地连接到封装以减小电感。对于封装,它意味着移动层封装以使电源的接地平面更接近,如在BGA封装中那样。对于连接器,这意味着使用更多的接地引脚或重新设计连接器,为它们提供内部电源和接地层,例如基于连接器的带状软线。对于电路板,这意味着使相邻的电源和接地平面尽可能靠近。
 
因为电感和长度是成比例的,所以尽可能使电源和接地的接地短路会降低噪声。
 
3.配电系统电源完整性设计是一个非常复杂的问题,但近年来如何控制供电系统(电源和地平面)之间的阻抗是设计的关键。从理论上讲,电力系统之间的阻抗越低越好,阻抗越低,噪声幅度越小,电压损失越小。在实际设计中,大家可以通过设置变化的最大电压和功率范围来确定所需的目标阻抗,然后通过调整相关因素来近似测量电力系统各部分目标阻抗的阻抗(与频率有关)。电路。

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