pcb電源供電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-07-22 22:46 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的布局布線問(wèn)題。圖2展示了IR壓降分析可以準(zhǔn)確地指出一高性能PCB上電源供電系統(tǒng)中關(guān)鍵電壓電流的分布。 交流電源地阻抗分析 很多人知道一對(duì)金屬板構(gòu)成一個(gè)平板電容器，于是認(rèn)為電源板層的特性就是提供平板電容以確保供電電壓的穩(wěn)定。在頻率較低，信號(hào)波長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平板尺寸時(shí)，電源板層與地板的確構(gòu)成了一個(gè)電容。 然而，當(dāng)頻率升高時(shí)，電源板層的特性開始變得復(fù)雜了。更確切地說(shuō)，一對(duì)平板構(gòu)成了一個(gè)平板傳輸線系統(tǒng)。電源與地之間的噪聲，或與之對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)遵循傳輸線原理在板之間傳播。當(dāng)噪聲信號(hào)傳播到平板的邊緣時(shí)，一部分高頻能量會(huì)輻射出去，但更大一部分能量會(huì)反射回去。來(lái)自平板不同邊界的多重反射構(gòu)成了PCB中的諧振現(xiàn)象。 圖4：三種設(shè)置情況下 PowerSI計(jì)算得到的PCB輸入阻抗曲線。(a)不包含電源整流模塊；(b)包含電源整流模塊；(c)包含電源整流模塊和一些去耦電容。在交流分析中，PCB的電源地阻抗諧振是個(gè)特有的現(xiàn)象。圖3展示了一對(duì)電源板層的輸入阻抗。為了比較，圖中還畫了一個(gè)純電容和一個(gè)純電感的阻抗特性。板的尺寸是30cm20cm，板間間距是100um，填充介質(zhì)是FR4材料。板上的電源整流模塊用一個(gè)3nH的電感來(lái)代替。顯示純電容阻抗特性的是一個(gè)20nF的電容。從圖上可以看出，在板上沒(méi)有電源整流模塊時(shí)，在幾十兆的頻率范圍內(nèi)，平板的阻抗特性(紅線)和電容(藍(lán)線)一樣。在100MHz以上，平板的阻抗特性呈感性(沿著綠線)。到了幾百兆的頻率范圍后，幾個(gè)諧振峰的出現(xiàn)顯示了平板的諧振特性，這時(shí)平板就不再是純感性的了。 至此，很明顯，一個(gè)低阻的電源供電系統(tǒng)(從直流到交流)是獲得低電壓波動(dòng)的關(guān)鍵：減少電感作用，增加電容作用，消除或降低那些諧振峰是設(shè)計(jì)目標(biāo)。 為了降低電源供電系統(tǒng)的阻抗，應(yīng)遵循以下一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則： 1. 降低電源和地板層之間的間距； 2. 增大平板的尺寸； 3. 提高填充介質(zhì)的介電常數(shù)； 4. 采用多對(duì)電源和地板層。 然而，由于制造或一些其他的設(shè)計(jì)考慮，設(shè)計(jì)工程師還需要用一些較為靈活的有效的方法來(lái)改變電源供電系統(tǒng)的阻抗。為了減小阻抗并且消除那些諧振峰，在PCB上放置分立的去耦電容便成為常用的方法。 圖4顯示了在三種不同設(shè)置下，用Sigrity PowerSI計(jì)算得到的電源供電系統(tǒng)的輸入阻抗： a. 沒(méi)有電源整流模塊，沒(méi)有去耦電容放置在板上。 b. 電源整流模塊用短路來(lái)模擬，沒(méi)有去耦電容放置在板上。 c. 電源整流模塊用短路來(lái)模擬，去耦電容放置在板上。 從圖中可見，例子a藍(lán)線，在集成電路芯片的位置處觀測(cè)到的
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