הבנת רשתות

רשת הפצה כוח (PDN) היא המערכת המלאה המספקת חשמל ממקור לכל עומס על לוח מעגלים מודפס.זה כולל הרגולטורים מתח, עקבות, מטוסים, דרך, מרתיעה קפקאים, ואת הקשרים בין אותם.המטרה העיקרית של PDN היא לשמור על מתח יציב בכל סיכה של מכשיר פעיל, ללא קשר לדרישות הנוכחיות.

(ב) [17], [17], [17], [17], [17], [17], [17], ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

אתגרים מרכזיים בעיצוב PDN

  • (ב) [15] טיפות עקב התנגדות ומכשולים (ב) 1:1: DC התנגדות (IxR) להפחית את המתח הנמסר; ספויקת ה- AC גורמת לנפיחות חולפת.
  • (FLT:0) הפיכה בין אותות וקווי חשמל 1 ; פיזור סימולטני (SSN) וחלוקה של רכבת כוח מעורר שגיאות בתבניות אנלוגיות רגישות או מהירות דיגיטלית.
  • (FLT:0) התערבות אלקטרונית (EMI)FIRLT:1: הלולאות גדולות ברעש ה- PDN קורנט שחייב לעמוד במגבלות רגולטוריות.
  • (ב) ,0) ,התתות אותיות של אות מהימנות (FLT:1): אספקה רועשת של כוח מקטין את שולי התזמון ומגדילה את שיעור התזמון.

תפקיד של Decoupling Capacitors

מעכבי אנרגיה הם הכלי העיקרי לניהול תנופה גבוהה.הם פועלים כמאגרי אנרגיה מקומיים, אספקת זרם מיידי במהלך מעבר אירועים לפני הרגולטור המתח יכול להגיב. Capacitors של ערכים שונים וגדלים החבילה (למשל, 10 μF, 0.1 μF, 10SL μF, 1F) ממוקמים במקביל ליצירת פרופיל נמוך-מסוגל (למשל, קיבולת מוגבלת) עם קיבולת עצמית נמוכה יותר (F) עם קיבולת מוגבלת (F) הכוללת של קיבולת מוגבלת (F) קיבולת מוגבלת (F, 10F, 10F, 1F, 1F, 1F, 1F, 1F, 1F), 000)) קיבולת גבוהה יותר קיבולת גבוהה יותר קיבולת גבוהה יותר קיבולת) קיבולת גבוהה יותר (F, 000) קיבולת גבוהה יותר קיבולת גבוהה יותר קיבולת מוגבלת (F, 000) קיבולת) קיבולת גבוהה יותר קיבולת גבוהה יותר קיבולת גבוהה יותר קיבולת גבוהה יותר קיבולת גבוהה יותר קיבולת) קיבולת מוגבלת (F, 000) נמצאים במקביל ליצור קיבולת גבוהה יותר קיבולת מוגבלת (F, 000) 000) 000 מוגבלת (F, 000) 000) 000) 000 קיבולת גבוהה יותר קיבולת מוגבלת (F, 000 קיבולת גבוהה יותר קיבולת מוגבלת

מקום הוא קריטי: קפצואים חייבים להיות קרובים ככל האפשר למערך החשמל של העומס IC, עם עקבות קצרים, רחבים או ישירים באמצעות חיבורים אל מטוס הכוח.כל מילימטר של אורך עקבות מוסיף אינדוקציה, שינוי SRF וצמצום יעילות.עבור ה- SRFS למטה וצמצום היעילות.עבור ה- ⁇ הגבוה ביותר (מעל 100Hz), צנרת בתוך הערימה של מטוסים נמוכים מאוד.

אסטרטגיות ל-Minimizing Voltage Drops

טיפות וולטאז ב PDN יש שני מרכיבים: ירידה מתח DC עקב עקבות או עמידות למטוס, וירידה AC עקב זרמים טרנסיים לזרום דרך אינדוקציה והתנגדות. minimizing שניהם דורש עיצוב זהיר של נתיב משלוח כוח מן הרגולטור לטעון.

DC Voltage Drop Reduction

ההתנגדות DC (DCR) של עקבות כוח ומטוסים היא יחסית לאזור חוצה שטח. השתמש בשרידים הרחבים ביותר האפשריים - לעתים קרובות נחושה לשפוך מכסה שכבה שלמה - ובחר נחושת עבה יותר (למשל, 2 oz /ft2 במקום 1 oz / ft2) כדי ללטף את ההתנגדות לאורך זמן.

AC Voltage Drop and Transient Response

טיפות מתח transient להתרחש כאשר עומס מיד שואב הנוכחי (למשל, במהלך מעבר קצה השעון או מעבד להתעורר) החדירה של PDN מתנגד שינויים בהווה, גרימת מתח חבלה פרופורציה ל-FLT:0L di / dLtFLT 1 (לצמצם את זה), לשמור על המרחק הפיזי ממודול הרגולטור (VRM) לעומס קצר ככל האפשר, כמו גם שטח CFL אחד) נמוך יותר (מטען) ל-Fgone) ל-Fgercercercercerc) ל-F) 1 (מטען נמוך יותר) 1 ליטרים (מטען נמוך יותר) 1 ליטרים (מטען (Fgcercercerc) ל-F) ל-Fgone) ל-Fgcrecrecercercercercercercercercercercercercercercercercercerc) ל-Fg) ל-Fgone) ל-Fgone) ל-Fg) ל-Fg) ל-Fg) ל-Fg) ל-Fgone (מטען (מטען נמוך יותר מ-

IR Drop Analysis and Simulation

(הופנה מהדף IRget Analysis is vital for אימות כי המתח בכל סיכה נשאר בטווח האפשרי. השתמש בכלים סימולציה אלקטרומגנטית (EM) סימולציה (למשל, Ansys SIwave, Keysight ADS) כדי מודל הגיאומטריה של המטוס, באמצעות מערךים, וכלים אלה מחשבים את הירידה המתח מעבר למטוס ומדגישים חמים שבהם שטח נחושת אינו מספיק למורכבים, IFate (RDC) כולל ניתוח קיסרי תיבות של תדרים (RDC) עם סימולציה מלאה של תדרים (FROMD2FROM) עם סימולציה מלאה של תדרים).

חידוש Noise Coupling ו-EMI

רעש על זוגות PDN לתוך נתיבי אות דרך מנגנונים מוליכים ורדיניים. הפיכה התנהגותית מתרחשת כאשר חוזרים זרמים מעיגולים מרובים חולקים את אותו הדברה במטוס הכוח; הפיכה קורנטיבית נובעת מאנטנות לולאות גדולות שנוצרו על ידי כוח ונתיבי קרקע. מאמץ ממוקד על בידוד וסינון מניב שיפורים דרמטיים ברעש המערכת הכולל.

מקורות רעש וקידוד מכניזם

מקור הרעש הנפוץ ביותר ב- PDN הוא החלפת רעש (SSN), שנוצר כאשר פלטים רבים של מתג IC דיגיטלי באותו כיוון באותו רגע.הספיק הנוכחי שנוצר זורם דרך החבילה ו- PCB אינדוקציה, יצירת מתח קופץ על התפוקה של תחנת הכוח.רעש זה יכול זוג מעגלים אחרים באמצעות מטוס הכוח עצמו (התקפה מוכחת) או דרך אותות סמוכים (בנוסף לריצה), או דרך תדרים (דטורף) בתדירות גבוהה (בנוסף).

המונחים: to-Power Noise Isolation

כדי למנוע רעש של מטוס ה- PCB משחיתות אנלוגיה רגישה או אותות דיגיטליים נמוכים, להשתמש בטכניקות בידוד פיזיות.טכניקת מטוס מפוצלת - אכילת אי כוח נפרד עבור החלק רועש ומקשר אותו אל המטוס הראשי באמצעות טפיל bead או הרגולטור ייעודי - יכול להכיל החלפת רעש.

טכניקות סינון

  • (FLT:0)Ferrite beadsFLT:1: אלה אינדוקטורים אובדן מספקים אימפולס בתדרים גבוהים (בדרך כלל > 10 MHz) ורעש מתפזר כמו חום.בחר חרוזים מדורגים עבור זרם DC כדי להימנע שכול, אשר מפחית את העיכוב. Place beads בסדרה עם עקבות הכוח, קרוב למקור הרעש.
  • (FLT:0) RC snubbervesFLT:1: עבור מעבר פלט הרגולטור, RC snubber (סדרה התנגדות ו capacitor) לחוט טבעת גבוהה על רכבת הכוח.ערך התנגדות הוא בדרך כלל כמה אומות, ואת capacitor הוא נמוך-ESL MLCC.
  • (ב) ⁇ -filtersFLT:1: שילוב של טפיל מתפתל על ידי קיבול על כל צד יוצר ⁇ -filter נמוך, אשר מספק > 20 dB tenuation ב 100 MHz השתמש במסננים אלה עבור כל קלט חשמל מעגלים רגישים (למשל, PLLs, ADC).

PDN עיצוב הטוב ביותר

אימוץ גישה שיטתית לפריסה PDN מתחילת תהליך עיצוב PCB חוסך זמן ההסרה ומשפר הצלחה ראשונה עקפה.הפרקטיקות הבאות מלוטשות מעשרות שנים של עיצובים מהירים ובעלי כוח גבוה.

המונחים: Layer Stack-Up Optimization

השתמש בערימה סימטרית עם מטוסים קרקעיים מרובים ושכבות כוח ייעודיות. עבור לוח ארבע שכבות, בפועל נפוץ הוא: העליון (סימן), קרקע, כוח, תחתית (signal) הקרקע וחיל האוויר צריכים להיות קרובים ככל האפשר (למשל, עם עובי ליבה של 100 מיקרומטר) כדי למקסם את הציפוי של המטוס, אשר מספק שטף גבוה גבוה של ⁇ 2T ליד ערימה של מטוסים, 000 רצפה ו-T) קרוב יותר, 000 ריצוף של 2.

Via Stitching and Placement

כל מעבר בין שכבות (למשל, ממטוס כוח ועד ציון IC) מציג באמצעות אינדוקציה.לצמצם את זה, להשתמש במספרים באמצעות מקבילה - טיפוסי באמצעות יש 0.5 nH ל 1 nH ניכוי; שניים באמצעות halsi כי עד 0.25 nH-0.5 nH-0.5 nH-H Place decoupling capacitor דרך קרוב ככל האפשר ל-Fon, באופן ישיר, כלומר, כמה מכווץ, על ידי מטה, על ידי מטהרמים חשמליים, על ידי מספר מוגבל של ציוד ניקוי מגנטי (F) ו-Fon-Fon-Fon-Fon-Fon-Fon-Fon-Fon-Fon-F) באופן ישיר, על ידי מטהרפסים (מסמך מספר ריצוף של ציוד ניקוי) ו-Fon-Fon-Fon-Fon-0.5 ריצוף של ציוד מכני) באמצעות ריצוף (מחדש) באמצעות ריצוף (מחדש) באמצעות ריצוף (מחדש) באמצעות ריצוף של מטה פתוח) ו-Fon-Fon-0.5 ריצוף (Fon-0.5 nH-Fon-Fon-Fon-0.5 npi-0.5 npH-0.5 nH

מדד ואימות

(הופנה מהדף DR) לאחר ייצור, למדוד את ה- PDN באמצעות מנתח רשת וקטור (VNA) עם בדיקת אימפולס ייעודית (VNA) עם שימת דגש על דחיית ה- PDN ישירות למערך הכוח של ICLT, עם השני המוביל אל הקרקע הסמוכה באמצעות.המדידה צריכה להראות עקומה חלקה של ריצוף נמוך יותר מ-FLT2, כלומר: 1D) מ-FLT2, כלומר, בין קיבולת גבוהה יותר מ- 1 ל- 1D.

בחירה מתאימה ל-PDN

בחירת ה-Freupling הימני ו-Facitors רוב גדול חשוב כמו המיקום שלהם. הפרמטרים המרכזיים הם capacitance, מדורג מתח, ESR, ESL ו-SRF.

  • (FLT:0 MLCCs (X5R, X7R)FLT) 1:1: עבודה טובה עבור רוב ובאמצע ⁇ decoupling (1 kHz-100 MHz) X7R יש יציבות טובה יותר הטמפרטורה.להיות מודע להטיה DC - יכולת ירידה 50-80% ליד מתח גבוה יותר (למשל, 10 עבור רכבת V) כדי להפחית את קצבה.
  • (FLT:0)Low-ESL MLCCs (reverse-geometry, L-type)igtureFLT:1: להציע חינוך נמוך כמו 100 pH, אידיאלי עבור GHz לטווח ארוך decoupling. השתמש אלה ישירות מתחת לחבילות BGA.
  • (FLT:0)Tantalum ו פולימרים capacitorsFreaLT:1; קיבול גבוה (10 μF-100 μF) עם ESR מתון (100 m ⁇ -1 ⁇ ) הם לחיחות אבל הם יותר אינדוקטיבי מאשר MLCCs. השתמש לאחסון גדול ליד הרגולטורים.
  • (FLT:0) capacitorsacitorstic capacitorsFLT:1; מאוד גבוה קיבולי (μF-1000 μF) אבל גבוה ESL ותגובה תדר מוגבל מתאים רק עבור מסנן גדול DC (למשל, קלט להחלפת הרגולטור).

כלל משותף של אצבע הוא להציב אחד קיבולי (10 μF - 100 מיקרוF) לכל אינץ 'ריבוע של שטח PCB, בתוספת אחד אמצע ⁇ כובע (0.1 μF) וכובע גבוה אחד (10 nF) במהירות גבוהה IC. להתאים את הבחירה לביקוש הנוכחי transient בפועל באמצעות סימולציות SPICE.

מסקנה

עיצוב רשת הפצה כוח המספק מתח יציב עם הפיכה רעש מינימלי הוא פעולה איזון בין התנגדות DC, אקום AC, סטריקט רכיב, פרציטיות, פריסה פיזית. על ידי הקמת תנוחה נמוכה על פני ספקטרום התדר, באמצעות אסטרטגיות מרתיעות אופטימליות, הפרדה מעגלי זמן מתוחכמות ורגישים, ולוודא את העיצוב באמצעות סימולציה ומדידציה, מהנדסים יכולים ליצור PDNs תמיכה אמינה, ביצועים גבוהים אלקטרוניקה כאן - מניתוח אינטנסיביים של זמן קצר יותר - מ-מפרקים של עיצובים של קומפקטיים של נית- פיזור חזק יותר פיזור קיבולת גבוהה קומפקטית של קיבולת גבוהה .