pcb電源供電系統(tǒng)的分析與設(shè)計(已改無錯字)
2022-07-23 22:46:57 本頁面
【正文】 電源供電系統(tǒng)的輸入阻抗在低頻時呈現(xiàn)出容性。隨著頻率的增加，第一個自然諧振峰出現(xiàn)在800MHz的頻率處。此頻率的波長正對應(yīng)了電源地平板的尺寸。 例子b的綠線，輸入阻抗在低頻時呈現(xiàn)出感性。這正好對應(yīng)了從集成電路芯片的位置到電源整流模塊處的環(huán)路電感。這個環(huán)路電感和平板電容一起引入了在200MHz的諧振峰。 例子c的紅線，在板上放置了一些去耦電容后，那個200MHz的諧振峰被移到了很低的頻率處(20MHz)，并且諧振峰的峰值也降低了很多。第一個較強的諧振峰則出現(xiàn)在大約1GHz處。由此可見，通過在PCB上放置分立的去耦電容，電源供電系統(tǒng)在主要的工作頻率范圍內(nèi)可以實現(xiàn)較低的并且是平滑的交流阻抗響應(yīng)。因此，電源供電系統(tǒng)的噪聲也會很低。 圖5：針對不同結(jié)構(gòu)仿真計算得到的輸入阻抗。不考慮芯片和封裝結(jié)構(gòu)(紅線)；考慮封裝結(jié)構(gòu)(藍線)；考慮芯片、封裝和電路板(綠線)。在板上放置分立的去耦電容使得設(shè)計師可以靈活地調(diào)整電源供電系統(tǒng)的阻抗，實現(xiàn)較低的電源地噪聲。然而，如何選擇放置位置、選用多少以及選用什么樣的去耦電容仍舊是一系列的設(shè)計問題。因此，對一個特定的設(shè)計尋求最佳的去耦解決方案，并使用合適的設(shè)計軟件以及進行大量的電源供電系統(tǒng)的仿真模擬往往是必須的。 協(xié)同設(shè)計概念 圖4實際上還揭示了另一個非常重要的事實，即PCB上放置分立的去耦電容的作用頻率范圍僅僅能達到幾百兆赫茲。頻率再高，每個分立去耦電容的寄生電感以及板層和過孔的環(huán)路電感(電容至芯片)將會極大地降低去耦效果，僅僅通過PCB上放置分立的去耦電容是無法進一步降低電源供電系統(tǒng)的輸入阻抗的。從幾百兆赫茲到更高的頻率范圍，封裝結(jié)構(gòu)的電源供電系統(tǒng)的板間電容，以及封裝結(jié)構(gòu)上放置的分立去耦電容將會開始起作用。到了GHz頻率范圍，芯片內(nèi)電源柵格之間的電容以及芯片內(nèi)的去耦電容是唯一的去耦解決方案。 圖5顯示了一個例子，紅線是一個PCB上放置一些分立的去耦電容后得到的輸入阻抗。第一個諧振峰出現(xiàn)在600MHz到700MHz。在考慮了封裝結(jié)構(gòu)后，附加的封裝結(jié)構(gòu)的電感將諧振峰移到了大約450MHz處，見藍線。在包括了芯片電源供電系統(tǒng)后，芯片內(nèi)的去耦電容將那些高頻的諧振峰都去掉了，但同時卻引入了一個很弱的30MHz諧振峰，見綠線。這個30MHz的諧振在時域中會體現(xiàn)為高頻翻轉(zhuǎn)信號的中頻包絡(luò)上的一個電壓波谷。 芯片內(nèi)的去耦是很有效的，但代價卻是要用去芯片內(nèi)寶貴的空間和消耗更多的漏電流。將芯片內(nèi)的去耦電容挪到封裝結(jié)構(gòu)上也許是一個很好的折衷方案，但要求設(shè)計師擁有從芯片、封裝結(jié)構(gòu)到PCB的整個系統(tǒng)的知識。但通常，PCB的設(shè)計師無法
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