PCBボード設計における電力信号の問題
Oリーディング。
o-leading.com
2019-03-08 16:28:33
PCBボード設計における電力信号の完全性
メーターPCBボードでは、通常、信号の品質を非常に心配していますが、時には研究用の信号線、電源、理想に限定されることがあります。ただし、これは問題を単純化することができます。もう実現不可能です。回路設計の直接的な結果はシグナルインテグリティに反映されますが、パワーインテグリティ設計を無視することはできません。電源の整合性が最終的なPCBの信号の整合性に直接影響するからです。電源の完全性と信号の完全性は密接に関連しています。多くの場合、信号の歪みの主な原因は電源システムです。例えば、グランドリバウンドノイズが大きすぎる、デカップリングコンデンサの設計が適切でない、回路が深刻な影響を与える、複数の電源/グランドプレーンの分割が良くない、レイヤの設計が合理的でない、および電流均一ではありません。
1）デカップリングコンデンサ
電源とグランドの間に容量を追加するとシステムのノイズを減らすことができることを私たち全員が知っていますが、容量はどの程度増加するのでしょうか。各コンデンサの固有容量は？各コンデンサの位置は良くなっていますか？私たちは真剣ではありませんそれを考えてみましょうが、それはデザイナーの経験に基づいており、時にはもっと能力が劣ることもあります。高速設計では、寄生容量パラメータを考慮し、デカップリングコンデンサの数と各コンデンサの容量値、配置の具体的な位置を定量的に計算して、システムのインピーダンス制御の範囲を確保する必要があります。基本原理はデカップリングコンデンサです。必要性、人は少なくすることはできません、過剰容量、好きではないです。
2）リバウンド
高速デバイスのエッジが0.5 ns未満の場合、大容量データバスのデータ交換速度は非常に速いため、電源レイヤにある場合は、信号のリップルに影響を与えるだけで十分です。不安定な電源の問題を引き起こす可能性があります。電流が変化すると、電流の変化率が増加し、回路の電圧と共にグラウンドの電圧が増加します。この時点で、グランドプレーン（ground）は理想的なゼロレベルではなく、電源も理想的なDCではありません。スイッチのゲートが増加すると、グランドバウンスはさらに厳しくなります。 128ビットバスの場合、同じクロックでスイッチングする50_100のI / Oラインがあります。この時点で、I / Oドライバの電力とグランド回路のインダクタンスはできるだけ小さくする必要があります。さもなければ、電圧ブラシは同じ地面に現われます。チップ、パッケージ、コネクタ、ボードなど、反射が反射して電力システムの整合性の問題を引き起こす可能性がある場所など、あらゆる場所でグランド反射が見られます。
技術的な観点からは、機器の増加は減少するだけであり、バスの幅は増加するだけです。許容できる跳ね返りを維持する唯一の方法は電源を減らしインダクタンスを分配することです。チップにとって、それはインダクタンスを減らすためにできるだけ短く、できるだけ短い電力をアレイチップに移すことを意味します。カプセル化の場合は、BGAパッケージの場合と同様に、可動層がカプセル化され、電源グランドプレーンが近くなります。コネクタの場合は、リンクベースのストリップラインのように、より多くの脚を使用するか、コネクタを内部電源レベルとグランドレベルに合わせて設計し直すことを意味します。ボードの場合は、隣接する電源をグランドプレーンにできるだけ近づけて配置することを意味します。インダクタンスが長さに比例すると、電源とグランド間の接続が最小になります。
高速デバイスのエッジが0.5 ns未満の場合、大容量データバスのデータ交換速度は非常に速いため、電源レイヤにある場合は、信号のリップルに影響を与えるだけで十分です。不安定な電源の問題を引き起こす可能性があります。電流が変化すると、電流の変化率が増加し、回路の電圧と共にグラウンドの電圧が増加します。この時点で、グランドプレーン（ground）は理想的なゼロレベルではなく、電源も理想的なDCではありません。スイッチのゲートが増加すると、グランドバウンスはさらに厳しくなります。 128ビットバスの場合、同じクロックでスイッチングする50_100のI / Oラインがあります。この時点で、I / Oドライバの電力とグランド回路のインダクタンスはできるだけ小さくする必要があります。さもなければ、電圧ブラシは同じ地面に現われます。チップ、パッケージ、コネクタ、ボードなど、反射が反射して電力システムの整合性の問題を引き起こす可能性がある場所など、あらゆる場所でグランド反射が見られます。
技術的な観点からは、機器の増加は減少するだけであり、バスの幅は増加するだけです。許容できる跳ね返りを維持する唯一の方法は電源を減らしインダクタンスを分配することです。チップにとって、それはインダクタンスを減らすためにできるだけ短く、できるだけ短い電力をアレイチップに移すことを意味します。カプセル化の場合は、BGAパッケージの場合と同様に、可動層がカプセル化され、電源グランドプレーンが近くなります。コネクタの場合は、リンクベースのストリップラインのように、より多くの脚を使用するか、コネクタを内部電源レベルとグランドレベルに合わせて設計し直すことを意味します。ボードの場合は、隣接する電源をグランドプレーンにできるだけ近づけて配置することを意味します。インダクタンスが長さに比例すると、電源とグランド間の接続が最小になります。
3）配電システム
要約パワーインテグリティ設計は非常に複雑な問題ですが、電源システム（電源プレーンとグランドプレーン）間のインピーダンスを制御する方法が設計の鍵となります。理論的には、電源システムのインピーダンスが低いほど、インピーダンスが低くなり、ノイズ振幅が小さくなり、電圧損失が小さくなります。実際の設計では、最大電圧と電力範囲を使用してインピーダンスの目標値に到達するかどうかを判断してから、関連する要素を調整して回路の各電源システムの各部の目標インピーダンスを設定できます。
要約パワーインテグリティ設計は非常に複雑な問題ですが、電源システム（電源プレーンとグランドプレーン）間のインピーダンスを制御する方法が設計の鍵となります。理論的には、電源システムのインピーダンスが低いほど、インピーダンスが低くなり、ノイズ振幅が小さくなり、電圧損失が小さくなります。実際の設計では、最大電圧と電力範囲を使用してインピーダンスの目標値に到達するかどうかを判断してから、関連する要素を調整して回路の各電源システムの各部の目標インピーダンスを設定できます。
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