pcb電源供電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)-文庫吧
2025-06-10 22:46 本頁面
【正文】 點(diǎn)、焊球則把芯片、封裝和PCB連接在了一起。 整個(gè)電源供電系統(tǒng)要保證給各個(gè)集成電路器件提供在正常范圍內(nèi)穩(wěn)定的電壓。然而，開關(guān)電流和那些電源供電系統(tǒng)中寄生的高頻效應(yīng)總是會引入電壓噪聲。其電壓變化可以由下式計(jì)算得到： 這里ΔV是在器件處觀測到的電壓波動，ΔI是開關(guān)電流。Z是在器件處觀測到的整個(gè)電源供電系統(tǒng)電源與地之間的輸入阻抗。為了減小電壓波動，電源與地之間要保持低阻。在直流情況下，由于Z變成了純電阻，低阻就對應(yīng)了低的電源供電IR壓降。在交流情況下，低阻能使開關(guān)電流產(chǎn)生的瞬態(tài)噪聲也變小。當(dāng)然，這就需要Z在很寬的頻帶上都要保持很小。 圖2：Sigrity PowerDC計(jì)算得到電源板層上的電流分布。注意到電源和地通常用來作為信號回路和參考平面，因此電源供電系統(tǒng)與信號分布系統(tǒng)之間有著很緊密的關(guān)系。然而，由于篇幅的限制，同步開關(guān)噪聲(IO SSO)引入的電源供電系統(tǒng)的噪聲現(xiàn)象和電流回路控制問題將不在這里討論。以下幾節(jié)將忽略信號系統(tǒng)，而單純注重電源供電系統(tǒng)的分析。 直流IR壓降 由于芯片的電源柵格(Power Grid)的特征尺寸很小(幾微米甚至更小)，芯片內(nèi)的電阻損耗嚴(yán)重，因此芯片內(nèi)的IR壓降已經(jīng)被廣泛地研究。而在下面幾種情況下，PCB上的IR壓降(在幾十到幾百毫伏的范圍內(nèi))對高速系統(tǒng)設(shè)計(jì)同樣會有較大的影響。 電源板層上有SwissChess結(jié)構(gòu)、NeckDown結(jié)構(gòu)和動態(tài)布線造成的板平面被分割等情況(圖1)；電源板層上電流通過的器件管腳、過孔、焊球、C4凸點(diǎn)的數(shù)量不夠，電源平板厚度不足，電流通路不均衡等；系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要低電壓、大電流，又有較緊的電壓浮動的范圍。 圖3：包括和不包括電源整流模塊的平板對輸入阻抗。例如，一個(gè)高密度和高管腳數(shù)的器件由于有大量的過孔和反焊盤，在芯片封裝結(jié)構(gòu)及PCB的電源分配層上往往會形成所謂的SwissChess結(jié)構(gòu)效應(yīng)。SwissChess結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很多高阻性的微小金屬區(qū)域。根據(jù)，由于電源供電系統(tǒng)中有這樣的高阻電流通路，送到PCB上元器件的電壓或電流有可能會低于設(shè)計(jì)要求。因此一個(gè)好的直流IR壓降仿真模擬是估計(jì)電源供電系統(tǒng)允許壓降范圍的關(guān)鍵。通過各種各樣可能性的分析為布局布線前后提供設(shè)計(jì)方案或規(guī)則。 布線工程師、系統(tǒng)工程師、信號完整性工程師和電源設(shè)計(jì)工程師還可以將IR壓降分析結(jié)合在約束管理器(constraint manager)中，作為對PCB上每一個(gè)電源和地網(wǎng)表進(jìn)行設(shè)計(jì)規(guī)則核查的最終檢驗(yàn)工具(DRC)。這種通過自動化軟件分析的設(shè)計(jì)流程可以避免靠目測，甚至經(jīng)驗(yàn)所不能發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜電源供電
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