pcb電源供電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)-在線瀏覽
2024-08-05 22:46本頁(yè)面
【正文】 SO)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。 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。 電源板層上有SwissChess結(jié)構(gòu)、NeckDown結(jié)構(gòu)和動(dòng)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(dòng)的范圍。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(huì)形成所謂的SwissChess結(jié)構(gòu)效應(yīng)。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(huì)低于設(shè)計(jì)要求。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。這種通過自動(dòng)化軟件分析的設(shè)計(jì)流程可以避免靠目測(cè)，甚至經(jīng)驗(yàn)所不能發(fā)現(xiàn)的復(fù)雜電源供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的布局布線問題。 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。 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。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。來自平板不同邊界的多重反射構(gòu)成了PCB中的諧振現(xiàn)象。(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。圖3展示了一對(duì)電源板層的輸入阻抗。板的尺寸是30cm20cm，板間間距是100um，填充介質(zhì)是FR4材料。顯示純電容阻抗特性的是一個(gè)20nF的電容。在100MHz以上，平板的阻抗特性呈感性(沿著綠線)。 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)。 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改變電源供電系統(tǒng)的阻抗。 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. 沒有電源整流模塊，沒有去耦電容放置在板上。 c. 電源整流模塊用短路來模擬，去耦電容放置在板上。隨著頻率的增加，第一個(gè)自然諧振峰出現(xiàn)在800MHz的頻率處。 例子b的綠線，輸入阻抗在低頻時(shí)呈現(xiàn)出感性。這個(gè)環(huán)路電感和平板電容一起引入了在200MHz的諧振峰。第一個(gè)較強(qiáng)的諧振峰則出現(xiàn)在大約1GHz處。因此，電源供電系統(tǒng)的噪聲也會(huì)很低
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