PCBブログ - PCB板の配電システムは何ですか

通常,PCBボードに示されている電源配電システム (PDS) は,電源の電源を電源を供給する必要があるシステム内のデバイスやデバイスに配電するサブシステムを指します.建物の照明システム,オシロスコップ,PCBボード,パッケージ,チップなどのすべての電気システムには配電システムがあり,すべての内部には配電システムがあります.

PCBの配電システム

典型的な製品では,配電システムには,電圧調節モジュール (VRM) からPCBボード,パッケージ,チップまでのすべてのインターコネクトが含まれています.それは4つのセクションに分けることができます: フィルターコンデンサーを含む電圧調節モジュール (VRM) - 電源;PCB板の大量コンデンサー、高周波分離コンデンサー、相互接続ライン、パッケージの電源/地面平面 - PCB板の電源配分システム;パッケージピン、ボンドワイヤー、インターコネクトおよび埋め込まれたコンデンサー - パッケージの電力配分システム;オンチップインターコネクトやコンデンサーなど - チップの電力配分システム。PCB上のいわゆる電力配分システムは,電源の電力を電源を必要とする様々なチップやデバイスに配分するPCB上のシステムを指します.この記事は,主にPCBボードの配電システムに焦点を当てていますので,下記の配電システムまたはPDSはPCBボードの配電システムを指しています.配電システムの役割は,正しく安定した電圧を伝達することであり,PCBのすべての位置の電圧は任意の負荷条件下で正しく安定して維持できます.配電システムの正しく安定した動作についての研究は、私たちが電力整合問題と呼ぶものです。

電源の整合性

いわゆる電源整合性は,配電システムを通過した後,デバイスポートに対して電源を必要とするデバイスポートの作業電源要件に対するシステム電源の適合度を指します.一般的に言えば,PCBボードに電源を必要とするデバイスは,作業電源に特定の要件を持っています.チップを例として,通常は3つのパラメータを示します. 限界電源電圧: チップの電源ピンが耐える限界電源電圧を指します. .チップの電源電圧は,このパラメータの必要な範囲を超えることはできません.この範囲内で、チップの機能は保証されません。チップが一定の時間の間このパラメータの限界値にいる場合、それはチップの長期的な安定性に影響を与える。推奨された作業電圧:チップの電源ピンの電圧が正常で信頼性の高い作業を保証する必要がある範囲を指し,通常は"V±x%"として表現されます.電源電電源電電源電電電源電電源電電源電源電源電電源ノイズ:通常,通常,ピークからピークからピークからピークまでピーク値をピーク値をピークにピーク値を使用して特徴を特徴を特徴を特徴化するために,通常,チップの電源チップのデータシートは,通常"限界電源電圧"と"推奨動作電圧"の要件を提供します. 「電源ノイズ」については、別途提供できない場合があります。この場合,パラメータ"推奨動作電圧"に含まれることができます.そして「電源ノイズ」は本記事の焦点であり、後で別々に議論されます。上記の例を示すために,電源の整合性の問題は,システム電源が配電システムを通過した後,チップの異なる電源ピンで電源の"限界電源電圧"と"推奨作業電圧"を議論することです.そして"電源ノイズ"の要件。

配電システムの3つの特徴

配電システムの物理媒体はコネクタ、ケーブル、トレース、パワープライン、GNDプライン、ヴィア、パッド、チップピンなど、物理特性（材料、形状、サイズなど）が異なります。配電システムの目的は,安定した電圧と完全な電流ループを提供するために,電源を供給する必要があるデバイスにシステムの電源の電源を供給することであるため,私たちは電源配電システムの3つの電気特性:抵抗特性,誘導特性,容量特性にのみ焦点を当てています.

抵抗特性

抵抗は,通常Rで表される導体のDC電流に対する抵抗を特徴付ける物理量です.その主な物理的特徴は,電流Iが流れるとき,電気エネルギーを熱エネルギー (I2R) に変換し,それを通じてDC電圧下降 (IR) を生成することです.導体の物理的特性であり、温度に依存する金属の抵抗は一般的に温度とともに増加します。電力配電システムのあらゆる場所に抵抗が存在します:DC抵抗と接触抵抗はケーブルやコネクタに存在し,分散抵抗は銅線,電源層,地層,およびビアに存在し,DC抵抗は電接 電,パッド,チップピンに存在します.その間には接触抵抗がある。IRドロップ:この効果は,電源供給電圧が配電ネットワーク沿いに徐々に減少するか,参照地面の電圧が上昇し,電源を供給する必要があるデバイスのポートの電圧を減らし,電源の完全性の問題を引き起こします.熱力消耗:この効果は電源を減らします 電源は熱に変換され,同時に,システムの温度が上昇し,システムの安定性と信頼性を危険にさらします.RSの電圧下降IRSは,電源の出力電圧Voutputを減らし,電源パスの電圧下降IR1は,負荷の供給電圧Vccを減らし,リターンパスの電圧下降IR2は,負荷のGNDレベルを上げます.上記抵抗RS,R1,R2の電圧下降は,負荷の電源電圧VCC-GNDの減少につながり,電源の完全性の問題を引き起こします.配電システムの抵抗によって生成される熱損失は,電源の電力が熱に変換され,無効に散布され,システムの効率を低下させます.同時に,加熱によってシステムの温度が上昇し,一部のデバイス (電解コンデンサーなど) の寿命が短縮され,システムの安定性と信頼性に影響を与える.一部の地域で過度な電流密度は,地域温度が引き続き上昇するか,燃え尽くすことにもつながります.上記の分析から,これらの2つの影響はシステムに有害であり,その影響は抵抗の抵抗値に比例しており,電力配電システムの抵抗特性を減らすことは当社の設計目標の1つです.

誘導特性

感電は交流電流に対する導体の抵抗を特徴付ける物理量です。電流が導体を通過すると、導体の周りに磁場が形成されます。電流が変化すると,磁場も変化し,変化する磁場は導体の両端に誘導電圧を形成します.電圧の極性は誘導された誘導を引き起こします 電流は元の電流の変化を妨げます;導体周りの他の導体の電流の変化が導体周りの磁場を変化させると,導体内に誘導電圧も生成され,電圧の極性は誘導電流が元の電流を妨げることを引き起こします.変化。この導体の電流変化を妨げる効果は,インダクタンスと呼ばれ,前者は自己インダクタンスLと呼ばれ,後者は相互インダクタンスMと呼ばれます.ここでは,我々は直接相互インダクタンスの2つの特性を与える:対称性:2つの導体aとb,サイズ,形状,相対位置に関係なく,導体aから導体bへの相互インダクタンスは,導体bから導体aへの相互インダクタンスと等しい,すなわち,相互インダクタンスは両導体に相互インダクタンスは自己インダクタンスより小さい：任意の2つの導体の相互インダクタンスはどちらかの導体の自己インダクタンスより小さい。電流の変化によって引き起こされるこの誘導電圧は,信号の完全性 (電源の完全性を含む) に有意であり,伝送ラインの効果,突然の変化,クロスストールク,SSN,レールの崩壊,グラウンドバウンス,ほとんどのEMIを引き起こす可能性があります.配電システムでは、インダクタンスはあらゆる場所にあります。コネクタ、ケーブル、銅線、電源層、地層、ビア、パッド、チップピンなどはすべて感電を持ち、互いに近い導体間の相互感電があります。枝aの局所的自己誘導率はLaであり、枝bの局所的自己誘導率はLbであり、これら2つの枝の間の局所的相互誘導率はMであり、ループ内の電流はIであると仮定する。Iが増加すると仮定すると,支aの場合,Laによって生成された誘導電圧の極性は支aでのIを妨げるが,Mによって生成された誘導電圧の極性は支aでのIの増加を助ける.支aが電源パスを表し,支bが返回パスを表す場合,Va は電源パス上の電源支配支配支配電圧ノイズ (レール崩壊/電源バウンス) を表し,Vbは返回パス上のトラック崩壊/地面バウンスノイズを表します.これらの2つの種類の両両方の両両方のこれこれらの2つのタイプのこれこれこれらの2つのこれこれこれらの2つのタイプのこれらの電源電圧の不安定性を引き起こし、電源の完全性の問題を引きしたがって、私たちの設計目標の1つは、上記の2つの電圧を減らすことです。2つの方法があります：ループ電流の変化率をできるだけ減らす：これは、負荷によって引き出された電流の急変化速度を減らす必要があることを意味し、電源パスとリターンパスを共有する電源ポートの数は制限されなければなりません。2つの支の間の相互インダクタンス。ブランチのローカルセルフインダクタンスを減らすことは,できるだけ短く,幅広いパワーパスとリターンパスを使用することを意味します.ローカル相互インダクタンスを増加させることは、2つの枝が並行する必要があることを意味します。逆の前提でできるだけ近く。上記の分析から,電流変化時のインダクタンスによって引き起こされる誘導電圧は,電力統合性の多くの問題の源であることが分かります.

配電システムは本論文の主な議論対象であり、その作品の関連内容は電力の整合性の問題です。電力配分システムは,それぞれ抵抗,誘導,容量特性を持っています.抵抗性と感導性特性は電源の整合性に害を及ぼし,容量性特性は電源の整合性に有益です.当社の設計目標は,抵抗性および誘導性特性の影響を減らすか,または排除することであり,PCB板に電容性特性の影響を強化することです.