Stromsignalproblem bei Platinen-Design
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2019-03-08 16:28:33
Stromsignalintegrität im PCB-Board-Design
Auf der Platine des Messgeräts sind wir in der Regel sehr besorgt über die Signalqualität, aber manchmal beschränken wir uns oft auf die Erforschung von Signalleitungen, Stromversorgungen und Idealwerten, obwohl dies das Problem vereinfachen kann. In Hochgeschwindigkeits-Konstruktionen ist dies jedoch eine Vereinfachung nicht mehr machbar. Obwohl das direkte Ergebnis des Schaltungsentwurfs sich in der Signalintegrität widerspiegelt, können wir den Stromintegritätsentwurf nicht ignorieren. Denn die Integrität der Stromversorgung beeinflusst direkt die Signalintegrität der endgültigen Leiterplatte. Die Integrität der Stromversorgung und die Integrität des Signals stehen in engem Zusammenhang. In vielen Fällen ist die Hauptursache für Signalverzerrungen das Stromversorgungssystem. Zum Beispiel ist das Bodenabprallrauschen zu groß, das Design des Entkopplungskondensators ist nicht geeignet, die Schaltung hat einen schwerwiegenden Einfluss, die Aufteilung mehrerer Energie / Masse-Ebenen ist nicht gut, das Design der Schicht ist unangemessen und der Strom ist nicht einheitlich.
1) Entkopplungskondensator
Wir alle wissen, dass das Hinzufügen von etwas Kapazität zwischen der Stromversorgung und dem Boden das Rauschen des Systems reduzieren kann, aber wie viel Kapazität erhöht sich? Was ist die inhärente Kapazität jedes Kondensators? Ist die Position jedes Kondensators besser? Wir meinen es nicht ernst, aber es basiert auf der Erfahrung des Designers und manchmal sogar noch weniger. Beim Hochgeschwindigkeitsentwurf müssen wir die parasitären Kapazitätsparameter berücksichtigen, die Anzahl der Entkopplungskondensatoren und den Kapazitätswert jedes Kondensators sowie die spezifische Position der Anordnung quantitativ berechnen, um den Bereich der Impedanzsteuerung des Systems sicherzustellen. Ein Grundprinzip ist der Entkopplungskondensator. Müssen, man kann nicht weniger sein, Überkapazitäten, nicht mögen.
2) Rückstoß
Wenn die Kante eines Hochgeschwindigkeitsgeräts unter 0,5 ns liegt, ist die Datenaustauschrate des Datenbusses mit hoher Kapazität so schnell, dass es in der Stromversorgungsschicht ausreichend ist, um die Welligkeit des Signals zu beeinflussen kann zu instabilen Stromproblemen führen. Wenn sich der Strom ändert, steigt die Änderungsrate des Stroms an und die Spannung der Masse nimmt mit der Spannung der Schaltung zu. An diesem Punkt ist die Massefläche (Masse) kein idealer Nullpunkt und die Stromversorgung ist nicht idealer Gleichstrom. Wenn die Gates der Schalter zunehmen, wird der Bodenabprall schwerer. Für einen 128-Bit-Bus können 50_100 E / A-Leitungen den gleichen Takt einschalten. An diesem Punkt müssen die Leistung des E / A-Treibers und die Induktivität des Massekreises so gering wie möglich sein. Andernfalls erscheint die Spannungsbürste auf demselben Boden. Überall sind Bodenreflexionen zu sehen, wie z. B. Chips, Gehäuse, Anschlüsse oder Platinen, die zurückspringen und zu Integritätsproblemen des Stromsystems führen können.
Technisch gesehen nimmt der Ausrüstungszuwachs nur ab und die Breite des Busses nimmt nur zu. Die einzige Möglichkeit, einen akzeptablen Rebound aufrechtzuerhalten, besteht darin, die Stromversorgung zu reduzieren und die Induktivität zu verteilen. Für den Chip bedeutet dies, zu einem Array-Chip zu wechseln und so viel Energie wie möglich zu platzieren, um die Induktivität zu reduzieren. Für die Verkapselung bedeutet dies, dass die sich bewegenden Schichten gekapselt werden, wodurch sich die Energieerdungsebene wie im BGA-Gehäuse näher rückt. Für Anschlüsse bedeutet dies, dass Sie mehr Füße verwenden oder die Anschlüsse für interne Energie- und Masseebenen, z. B. Link-basierte Streifenleitungen, umgestalten. Für eine Platine bedeutet dies, dass benachbarte Stromversorgungen so nahe wie möglich an der Bodenebene platziert werden. Wenn die Induktivität proportional zur Länge ist, wird die Verbindung zwischen der Stromversorgung und der Masse minimiert.
Wenn die Kante eines Hochgeschwindigkeitsgeräts unter 0,5 ns liegt, ist die Datenaustauschrate des Datenbusses mit hoher Kapazität so schnell, dass es in der Stromversorgungsschicht ausreichend ist, um die Welligkeit des Signals zu beeinflussen kann zu instabilen Stromproblemen führen. Wenn sich der Strom ändert, steigt die Änderungsrate des Stroms an und die Spannung der Masse nimmt mit der Spannung der Schaltung zu. An diesem Punkt ist die Massefläche (Masse) kein idealer Nullpunkt und die Stromversorgung ist nicht idealer Gleichstrom. Wenn die Gates der Schalter zunehmen, wird der Bodenabprall schwerer. Für einen 128-Bit-Bus können 50_100 E / A-Leitungen den gleichen Takt einschalten. An diesem Punkt müssen die Leistung des E / A-Treibers und die Induktivität des Massekreises so gering wie möglich sein. Andernfalls erscheint die Spannungsbürste auf demselben Boden. Überall sind Bodenreflexionen zu sehen, wie z. B. Chips, Gehäuse, Anschlüsse oder Platinen, die zurückspringen und zu Integritätsproblemen des Stromsystems führen können.
Technisch gesehen nimmt der Ausrüstungszuwachs nur ab und die Breite des Busses nimmt nur zu. Die einzige Möglichkeit, einen akzeptablen Rebound aufrechtzuerhalten, besteht darin, die Stromversorgung zu reduzieren und die Induktivität zu verteilen. Für den Chip bedeutet dies, zu einem Array-Chip zu wechseln und so viel Energie wie möglich zu platzieren, um die Induktivität zu reduzieren. Für die Verkapselung bedeutet dies, dass die sich bewegenden Schichten gekapselt werden, wodurch sich die Energieerdungsebene wie im BGA-Gehäuse näher rückt. Für Anschlüsse bedeutet dies, dass Sie mehr Füße verwenden oder die Anschlüsse für interne Energie- und Masseebenen, z. B. Link-basierte Streifenleitungen, umgestalten. Für eine Platine bedeutet dies, dass benachbarte Stromversorgungen so nahe wie möglich an der Bodenebene platziert werden. Wenn die Induktivität proportional zur Länge ist, wird die Verbindung zwischen der Stromversorgung und der Masse minimiert.
3) Stromverteilungssystem
Zusammenfassung Das Design der Stromintegrität ist ein sehr komplexes Thema, aber die Steuerung der Impedanz zwischen dem Energiesystem (Stromversorgungs- und Masseebene) ist der Schlüssel zum Design. Theoretisch gilt: Je niedriger die Impedanz des Stromversorgungssystems ist, desto niedriger ist die Impedanz, desto niedriger ist die Rauschamplitude und desto geringer ist der Spannungsverlust. Im aktuellen Design können wir den maximalen Spannungs- und Leistungsbereich verwenden, um zu bestimmen, ob wir das Impedanzziel erreichen möchten, und dann die relevanten Faktoren anpassen, um die Zielimpedanz jedes Teils des Stromversorgungssystems der Schaltung (frequenzabhängig) zu schließen
Zusammenfassung Das Design der Stromintegrität ist ein sehr komplexes Thema, aber die Steuerung der Impedanz zwischen dem Energiesystem (Stromversorgungs- und Masseebene) ist der Schlüssel zum Design. Theoretisch gilt: Je niedriger die Impedanz des Stromversorgungssystems ist, desto niedriger ist die Impedanz, desto niedriger ist die Rauschamplitude und desto geringer ist der Spannungsverlust. Im aktuellen Design können wir den maximalen Spannungs- und Leistungsbereich verwenden, um zu bestimmen, ob wir das Impedanzziel erreichen möchten, und dann die relevanten Faktoren anpassen, um die Zielimpedanz jedes Teils des Stromversorgungssystems der Schaltung (frequenzabhängig) zu schließen
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