Power Dağıtım Ağlarını Anlamak

Bir güç dağıtım ağı (PDN), bir PDN'in elektrik gücünü her aktif bir cihazda her yüke taşıyan tam sistemdir, geçici mevcut taleplerin ne olursa olsun, DC'ler veya yüksek frekanslı bir yükleyicidir - onlar arasındaki bağlantıya neden olur.

İyi bir frekans aralığı boyunca düşük bir şekilde hareket eden PDNAR (Dönemli) ilerleyici bir şekilde (Dönemli) değiştirilebilir (Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli)[Dönemli))[Dönemli)

PDN Design'da Anahtar Zorluklar

  • [FONT:0]Voltage direniş ve dürtü nedeniyle düşüşe neden oluyor.[DÜDÜT:1]: DC dirençli kayıplar (I×R) teslim edilen gerilimi azaltır; AC dürtüleri geçici drooplara neden olur.
  • [FONT:0] Sinyaller ve güç hatları arasında darbe yapmaz[Dönetici: Simultane anahtarlama gürültü (SSN) ve güç demiryolu ripple hassas analog veya yüksek hızlı dijital devrelerde hataları teşvik eder.
  • [FONT:0)Electromanyatik müdahale (EMI))[FONT=PDN radiate gürültüde mevcut döngüler düzenleyici sınırlarla karşılamalıdır.
  • [FONT=0] sinyal bütünlüğüne karşı çıkmak [[Dönetici: Gürültülü bir güç tedariki zaman zaman zaman marjlarını azaltır ve biraz terörizm oranları artırır.

Decoupling Capacitors

Yüksek frekanslıları yönetmek için başlıca araçtır. Yüksek frekanslı eğimlileri yönetmek için uygundur, yüksek frekanslı bir diziye kadar geçiş sırasında anlık olarak ayarlanırlar.Her kapasitör farklı değerlerin ve paket boyutlarının (örneğin, 10 μF, 0.1 μF, 10 nF, 1 nF) çok sayıda eğimli betonlu bandı kullanarak daha fazla eğimli bir şekilde konumlandırılır.

Yerlendirme kritiktir: kapasitörler SRF aşağı ve etkinliği azaltmak için (above ~100 MHz) kısa, geniş izler veya güç uçağına bağlantıları ile bağlantı üzerinden doğrudan bağlantı üzerinden geçiş yapılabilir.Her bir iz uzunluğu milisli, SRF aşağı yukarı ve etkililiği azaltır.En yüksek frekanslı decoupling (above ~100 MHz) için, PCB-up (örneğin, güç ve zemin arasında ince bir laminat.

Minimizing Gerilmeleri için Stratejiler

Bir PDN'de gerilim iki bileşen vardır: bir DC gerilimi iz veya uçak direnişi nedeniyle düşer ve geçici akımlar indüktör ve direnişten akır. Minimiz her ikisi de yük için güç teslimat yolunun dikkatli bir tasarımını gerektirir.

DC Gerilim Azaltımı

DC direnişi (DCR) güç izlerinin ve uçakların kesitsel alanı geçmek için ters orantılıdır.En üst kattaki izlerini kullanın - bir bakırı tüm bir tabakayı örterek ve ahmik kayıplar için. - çok yüksek akım yollar için (örneğin, 10 A veya daha fazla) bir araya geldiğinde, tek katta bir araya gelen bir mesafe ile birlikte, 10 metrekarelik bir araya gelerek, tek bir çatıdaki mesafeye paralel olarak, 10 tane daha fazla bağlantıya sahip olabilir.

AC Voltage Drop ve Transient Response

Transient gerilim düşüşleri anında şu anda (örneğin, saat kenar geçişleri veya işlemci uyanması sırasında) PDN'in girişte yer alan kapasitörler (e.g., 100 μF) - 1 mF) Bu, VRM çıkışının yakınında bulunan yüklere ve hızlı düzenleyici modüllerden (VRM) uzak durmayı gerektirir.

IR Drop Analysis ve Simülasyon

IR damla analizi yapmak, her pindeki gerilimin mümkün olan aralıklarda kaldığını ve karmaşık tahtalar için (örneğin, Ansys SI dalgası, Keysight ADS) ile birlikte, bir dizi ve hız dağılımını hesaplamak için gereklidir.[Dönetici:0) Tüm ekranlar için kullanılan bir grafik ve görüntü oluşturabilir.[Döneticileri)[Dönemli bir grafik (Döneticileri)[Döneticileri içerir.[Dönder)[Dönder.

Gürültü Coupling ve EMI

PDN çiftleri hem davranışsal hem de radiative mekanizmalar aracılığıyla sinyal yollarına işaret ediyor. Davranışçı darbe, birden fazla devreden gelen mevcutların aynı dürtüyü güç uçağında paylaşıyor; radiative darbe kökleri güç ve zemin yolları tarafından oluşturulan büyük döngü antenlerinden kaynaklanmaktadır.

Gürültü Kaynakları ve Mechanisms

Bir PDN'deki en yaygın gürültü kaynağı, aynı anda dijital IC geçişlerinin birçok çıktısı ile aynı yönde (örneğin, mevcut akışlar paketi ve PCB'nin giriş sırasında, bir geçiş düzenleyicisi aracılığıyla diğer devrelere bir gerilim oluşturabilir.) doğrudan yük devreleri doğrudan doğruya doğrultarak veya uçarak sinyale doğru doğru ilerler.

Signal-to-Power Gürültü

Güç düzleminin hassas analog veya düşük gerilim dijital sinyallerin bozulmasına engel olmak için fiziksel izolasyon teknikleri kullanın. Bir bölme uçağı tekniği - gürültülü bölüm için ayrı bir güç adasına sahip olmak ve bir ferrite veya özel bir düzenleyici aracılığıyla bağlantı kurmak - kilitlenen gürültüyü içerir.Yerel geçiş uçakları, slot antenleri oluşturmak için sağlam kalmalıdır; aynı zamanda bir güç katmanına sahip bir güç kümesini ikiye bölmek için zemin uçağı kesmektir.

Filtreleme Teknikleri

  • [FONT:0)Ferrite beads[[DÜT 1: 1 ): Bu indüktörler yüksek frekanslarda (tipik olarak >10 MHz) ve ısı olarak kısaltılır.
  • [FONT:0]RC snubbers[[Dönetici: Değiştirici çıktı, bir RC snubber (bir dizi direnici ve kapasitor) barajı yüksek frekanslı yüksek frekanslı zincirleme gücü raylarında.
  • [FONT=0]: · · 1|[Dönetici]: Bir ferritenin bir kombinasyonu, her tarafta düşük geçit 377-filter, bu da 100 MHz'de dB'ye kadar dayanıklılık sağlar.

PDN Design Best Practices

PCB tasarımı sürecinin başından itibaren PDN düzenine sistematik bir yaklaşım benimsemek, ilk geçiş başarısını artırır. Aşağıdaki uygulamalar on yıldan uzun bir süre hızlı ve yüksek güç yönetim tasarımlarından silinir.

Katman Stack-Up Optimizasyon

Birden fazla zemin uçak ve özel güç katmanları ile simetrik bir yığın kullanın. dört katmanlı bir tahta için, ortak uygulama: üst (signal), zemin, güç, alt (signal), zemin ve güç plakaları mümkün olduğunca yakın olmalıdır (örneğin, 100 μm'nin temel kalınlığı ile) kistlik içinde yer alan ve yüksek frekanslı yüksek frekanslı yüksek çözünürlükte bulunan bir zemine sahiptir.

Via Stitching and Placement

Katmanlar arasındaki her geçiş (örneğin, güç uçağından IC pin) indüktöre kadar tanıtılır.Bu, paralel olarak birden çok vias kullanarak - 1 nH inductance ile 0,2 $ ile nH-0.5 nH. Place decoupling cleor ile birlikte, projeksiyonlu ekranlara kadar doğrudan doğruya doğrulanır.

Ölçme ve Doğrulama

Üretimden sonra, PDN bir vektör ağı analizörü kullanarak (VNA) özel bir dürtüsel araştırma ile doğru bir şekilde doğru bir şekilde, diğer ilginin en yüksek frekansına (örneğin 1 GHz) göre, eğrideki yankıları tekrar göstermek gerekir:0).Z)[Döneticileri kontrol etmek için 100 kHz'den maksimum faiz oranına kadar (örneğin, 1 GHz)

PDN için gerçekleştirilen seçmiş seçimi

Doğru dekoupling ve büyük kapasitörler yerleştirmeleri kadar önemlidir. Anahtar parametreler kapasitans, puanlı gerilim, ESR, ESL ve SRF.

  • [FONT=0)MLCCs (X5R, X7R))[3 V-freze için iyi çalışır (1 kHz-100 MHz). X7R daha iyi sıcaklık stabilitesi vardır - kapasiteye göre% 50-80 daha yüksek gerilim puanı kullanabilir.3 V (örneğin, 3 V)
  • [Düzücükler:0) Düşük PİLMİŞ (Dön-geometri, L-tip)[Dönetici:0) Düşük 100 pH olarak, GHz ayarlı için ideal.Bunu doğrudan BGA paketleri altında kullanın.
  • [FONT=0]Tantalum ve polimer kapasitörler[Döneticiler: Yüksek kapasiteli (10 μF-100 μF) orta ESR (100 mULL-1 {{) ile daha fazla girişli yedekler ancak MLCC'ler yakınında toplu depolamalar olarak kullanılır.
  • [FONT:0)Electrolytic Kapasiteors[[Dönetici: 1 ): Çok yüksek kapasitelilik (100 μF-1000 μF) ama yüksek ESL ve sınırlı frekans yanıtı. Sadece DC toplu filtreleme için uygun (örneğin, geçiş düzenleyicisi için giriş).

Bir ortak baş kuralı, yüksek hızda bir yüksek çözünürlükte (10 μF – 100 μF) her karelik PCB alanı, artı bir orta frekans kapak (0.1 μF) ve yüksek frekanslı bir kap (10 nF) yüksek hızda IC. Tailor, SPICE simülasyonlarını kullanarak gerçek geçici mevcut talep için seçim.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Düşük bir hedefin frekans spektrumu boyunca doğrulanması, gürültü ve hassas devreleri ayrıştırması ve tasarımı doğrulayan bir güç dağıtım ağı tasarımı, AC dürtü, bileşen parasitics ve fiziksel düzen.Burada belirtilen ilkelerden düşük bir hedef, optimal kesinti stratejileri kullanarak, basit iki katmanlı sistemlerden karmaşık, çok katmanlı tasarımlarla doğrulayın.PDNs that support, high-perform elektronik.