Tecnologia PCB - Progettazione del sistema di alimentazione PCB

L'analisi e la progettazione del sistema di alimentazione elettrica (PDS) sta diventando sempre più importante nel campo della progettazione PCB ad alta velocità, in particolare nei settori del computer, dei semiconduttori, delle comunicazioni, della rete e dell'elettronica di consumo. Con l'inevitabile ulteriore ridimensionamento della tecnologia VLSI, la tensione di alimentazione dei circuiti integrati continuerà a diminuire. Poiché sempre più produttori passano dalla tecnologia 130nm alla tecnologia 90nm, è prevedibile che la tensione di alimentazione scenderà a 1,2V o anche più bassa, mentre la corrente aumenterà significativamente. Dalla caduta di tensione IR DC al controllo dinamico della fluttuazione di tensione CA, poiché la gamma di rumore ammissibile sta diventando sempre più piccola, questa tendenza di sviluppo ha portato una grande sfida alla progettazione del sistema di alimentazione elettrica.

1. Di solito nell'analisi AC, l'impedenza di ingresso tra potenza e terra è un'osservazione importante utilizzata per misurare le caratteristiche del sistema di alimentazione. La determinazione di questa osservazione si è evoluta nel calcolo della caduta di tensione IR nell'analisi DC. Sia nell'analisi di CC o AC, i fattori che influenzano le caratteristiche del sistema di alimentazione sono: stratificazione PCB, la forma del piano di strato della scheda di alimentazione, il layout dei componenti, la distribuzione di vias e pin e così via.

2. Il concetto di impedenza di ingresso tra potenza e terra può essere utilizzato nella simulazione e nell'analisi dei fattori di cui sopra. Ad esempio, un'applicazione molto ampia dell'impedenza di ingresso a terra di potenza è quella di valutare il posizionamento dei condensatori di disaccoppiamento sulla scheda. Con un certo numero di condensatori di disaccoppiamento posizionati sulla scheda, la risonanza unica del circuito stesso può essere soppressa, riducendo così la generazione di rumore e riducendo anche la radiazione del bordo del circuito per alleviare il problema di compatibilità elettromagnetica. Al fine di migliorare l'affidabilità del sistema di alimentazione elettrica e degradare il costo di produzione del sistema, gli ingegneri di progettazione del sistema devono spesso considerare come selezionare economicamente ed efficacemente il layout del sistema dei condensatori di disaccoppiamento.

Il sistema di alimentazione nel sistema di circuito ad alta velocità può essere solitamente diviso in tre sottosistemi fisici: chip, struttura di imballaggio del circuito integrato e PCB. La rete elettrica sul chip è composta da diversi strati metallici disposti alternativamente. Ogni strato metallico è composto da sottili strisce metalliche nella direzione X o Y per formare una rete elettrica o di terra, e tramite fori collegano le sottili strisce metalliche di diversi strati.

3. La fabbrica PCB integra molte unità di disaccoppiamento per alcuni chip ad alte prestazioni, non importa il nucleo o l'alimentazione IO. La struttura di imballaggio del circuito integrato, come un PCB ridotto, ha diversi strati di potenza o piani di terra con forme complesse. Sulla superficie superiore della struttura del pacchetto, c'è di solito un posto per installare il condensatore di disaccoppiamento. Il layout PCB di solito contiene un piano di alimentazione e di massa continuo con un'area più ampia, così come alcuni componenti discreti di disaccoppiamento grandi e piccoli e un modulo di raddrizzatore di potenza (VRM). I fili di legame, gli urti C4 e le sfere di saldatura collegano il chip, il pacchetto e il PCB insieme. L'intero sistema di alimentazione deve garantire che ogni dispositivo a circuito integrato fornisca una tensione stabile all'interno della gamma normale. Tuttavia, le correnti di commutazione e gli effetti parassitari ad alta frequenza nei sistemi di alimentazione introducono sempre rumore di tensione.