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PCB電(dian)源供(gong)電(dian)系(xi)統(tong)設計

time : 2022-06-30 10:41       作者:凡億pcb

電(dian)(dian)源供(gong)(gong)電(dian)(dian)系統(PDS)的(de)(de)(de)分(fen)析與(yu)設(she)計在高速電(dian)(dian)路設(she)計領域,特別是在計算(suan)機、半導體、通信、網絡(luo)和消(xiao)費電(dian)(dian)子產業中(zhong)正變得越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)重(zhong)要。隨(sui)(sui)著(zhu)超大(da)規(gui)模集成電(dian)(dian)路技術(shu)不(bu)可(ke)避免的(de)(de)(de)進一步等(deng)比縮小,集成電(dian)(dian)路的(de)(de)(de)供(gong)(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)將(jiang)會持續降低(di)。隨(sui)(sui)著(zhu)越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)多的(de)(de)(de)生產廠家從130nm技術(shu)轉向90nm技術(shu),可(ke)以預見供(gong)(gong)電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)會降到(dao)(dao)1.2V,甚至(zhi)更低(di),而同時電(dian)(dian)流(liu)也(ye)會顯著(zhu)地增加。從直流(liu)IR壓(ya)(ya)降到(dao)(dao)交(jiao)流(liu)動態電(dian)(dian)壓(ya)(ya)波動控制來(lai)看,由于允(yun)許的(de)(de)(de)噪聲范圍越(yue)(yue)來(lai)越(yue)(yue)小,這種發(fa)展趨勢給(gei)電(dian)(dian)源供(gong)(gong)電(dian)(dian)系統的(de)(de)(de)設(she)計帶來(lai)了(le)巨(ju)大(da)的(de)(de)(de)挑戰。
電源pcb設計
通常在交流(liu)(liu)分(fen)析(xi)中,電(dian)源(yuan)地之間的(de)(de)(de)輸入阻抗是用來衡量電(dian)源(yuan)供電(dian)系統特(te)性的(de)(de)(de)一個重要(yao)的(de)(de)(de)觀(guan)測量。對(dui)這個觀(guan)測量的(de)(de)(de)確(que)定在直(zhi)流(liu)(liu)分(fen)析(xi)中則演(yan)變成為IR壓降(jiang)的(de)(de)(de)計算。無(wu)論在直(zhi)流(liu)(liu)或交流(liu)(liu)的(de)(de)(de)分(fen)析(xi)中,影響(xiang)電(dian)源(yuan)供電(dian)系統特(te)性的(de)(de)(de)因素(su)有(you):PCB的(de)(de)(de)分(fen)層、電(dian)源(yuan)板層平(ping)面的(de)(de)(de)形狀、元器(qi)件的(de)(de)(de)布(bu)局、過孔和管腳(jiao)的(de)(de)(de)分(fen)布(bu)等等。
 
電(dian)源地(di)之間(jian)的(de)輸入(ru)阻抗(kang)概念就(jiu)可以(yi)應用(yong)(yong)在對上述因素的(de)仿真和分(fen)析(xi)中。比如,電(dian)源地(di)輸入(ru)阻抗(kang)的(de)一個非常(chang)廣(guang)泛的(de)應用(yong)(yong)是用(yong)(yong)來評估(gu)板(ban)上去耦(ou)電(dian)容的(de)放置(zhi)問題。隨著一定數量的(de)去耦(ou)電(dian)容被放置(zhi)在板(ban)上,電(dian)路(lu)板(ban)本(ben)身特有的(de)諧振(zhen)可以(yi)被抑制(zhi)掉,從而減少(shao)噪(zao)聲的(de)產生,還可以(yi)降低(di)電(dian)路(lu)板(ban)邊(bian)緣輻(fu)射以(yi)緩(huan)解電(dian)磁(ci)兼(jian)容問題。為了提高電(dian)源供電(dian)系統(tong)的(de)可靠性和降級系統(tong)的(de)制(zhi)造成(cheng)本(ben),系統(tong)設計(ji)工程(cheng)師必須經常(chang)考慮如何經濟有效(xiao)地(di)選(xuan)擇去耦(ou)電(dian)容的(de)系統(tong)布(bu)局。
 
高(gao)速電(dian)路(lu)(lu)系統(tong)(tong)中的(de)電(dian)源供電(dian)系統(tong)(tong)通(tong)常可以分(fen)成(cheng)(cheng)芯片(pian)、集成(cheng)(cheng)電(dian)路(lu)(lu)封(feng)裝結構(gou)和PCB三個物(wu)理子(zi)系統(tong)(tong)。芯片(pian)上的(de)電(dian)源柵格由(you)交(jiao)替放置的(de)幾(ji)層(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)層(ceng)構(gou)成(cheng)(cheng),每層(ceng)金(jin)(jin)屬(shu)由(you)X或Y方向的(de)金(jin)(jin)屬(shu)細條構(gou)成(cheng)(cheng)電(dian)源或地柵格,過孔(kong)則將不同層(ceng)的(de)金(jin)(jin)屬(shu)細條連接(jie)起來。
 
對于一些高性能的芯片,無論內核或是IO的電源供電都集成了很多去耦單元。集成電路封裝結構,如同一個縮小了的PCB,有幾層形狀復雜的電源或地平板。在封裝結構的上表面,通常留有去耦電容的安裝位置。PCB則通常含有連續的面積較大的電源和地平板,以及一些大大小小的分立去耦電容元件,及電源整流模塊(VRM)。邦定線、C4凸點、焊球則把芯片、封裝和PCB連接在了一起。 整個電源供電系統要保證給各個集成電路器件提供在正常范圍內穩定的電壓。然而,開關電流和那些電源供電系統中寄生的高頻效應總是會引入電壓噪聲。