PCB Blogu - PCB Tahta Güç Sunucu Sisteminin Analizi ve Tasarımı

Bugün, yüksek hızlı tasarımı PCB tahtası elektronik sistemler çipinin güç sağlama sisteminin özelliklerini tamamen anlamadan başarıya çıkmak zordur., paket yapısı, ve PCB tahtası. Aslında..., düşük sağlam voltasyonuyla karşılaşmak için, daha hızlı sinyal dönüşüm hızı, daha yüksek integrasyon, ve daha çok daha zor ihtiyaçlar, Elektronik tasarımın önündeki birçok şirket elektrik tasarımı sağlamak için ürün tasarımı sürecinde. Ve bütünlük sinyali, çok para, manpower, ve materyal kaynaklar enerji tasarruf sisteminin analizinde yatırım ediliyor.. Bu... analysis ve design of power supply systems (PDS) is becoming more and more important in the field of high-speed circuit design, özellikle bilgisayarda, yarı yönetici, iletişimler, ağ çalışması, ve tüketici elektronik sektörleri. VLSI teknolojisinin ölçeklenmesi mümkün değil, Tümleşik devrelerin sağlam voltasyonu azaltmaya devam edecek. 130 nm teknolojisinden 90 nm teknolojisine daha fazla üreticiler, teslimat voltasyonu 1'ye düşürür..2V veya daha düşük, Şimdiye kadar büyük bir şekilde. DC IR voltaj düşüşünün görüntüsünden AC dinamik voltaj fluktuasyonuna kadar, çünkü mümkün gürültü menzili daha küçük ve daha küçük, bu geliştirme trendi güç sağlama sistemlerinin tasarımına büyük sorunlar getirdi..

PCB tahta güç tasarımı sistemi tasarım araması

Genelde AC analizinde, enerji teslimatı alanı arasındaki giriş engellemesi enerji teslimatı sisteminin özelliklerini ölçülemek için kullanılan önemli bir gözlemdir. Bu gözlemin kararlılığı DC analizinde IR düşüşünün hesaplamasına geliyor. DC veya AC analizinde, enerji teslimatı sisteminin özelliklerine etkileyen faktörler ise: PCB tahtasının katmanı, güç tahtası katmanının formu, komponentlerin tasarımı, vias ve pins dağıtımı ve bunlar gibi. Elektrik toprakların arasındaki giriş impedansı konsepti yukarıdaki faktörlerin simulasyonunda ve analizinde kullanılabilir. Örneğin, bir tahtada kapasitörlerin yerleştirilmesini değerlendirmek üzere güç-yerleştirme impedansı çok geniş bir uygulama. Tahtaya yerleştirilmiş bazı kapasiteler ile devre tahtasının özel rezonansi bastırılabilir, bu yüzden sesin nesilini azaltmak ve elektromagnetik uyumluluğu sorunlarını azaltmak için devre tahtasının kenarı radyasyonunu da azaltmak için devre tahtasının özel rezonansı. Elektrik tasarımının güveniliğini geliştirmek ve sistemin üretim maliyetini azaltmak için sistem tasarımı mühendisleri sık sık değerlendirme kapasitelerinin sistem tasarımını nasıl etkileyici olarak seçmelerini düşünmeli. Yüksek hızlı devre sistemindeki elektrik teslimatı sistemi genellikle üç fiziksel altsisteme bölünebilir: çip, integral devre paketleme yapısı ve PCB tahtasına. Çip üzerindeki elektrik ağı birkaç katı metal katından oluşturulmuş. Her metal katı X veya Y yönünde bir güç veya toprak a ğı oluşturmak için metal striplerinden oluşur ve farklı katların metal striplerini birleştir. Bazı yüksek performans çipleri için, birçok ayrılma birimleri çekirdek veya IO'nun enerji tasarımına integral edilir. Tümleşik devre paketi yapısı, azaltılmış PCB tahtası gibi, karmaşık şekillere sahip birkaç katı güç veya yeryüzü uçakları var. Paket yapısının üst yüzeyinde, genelde kapasitörleri çözülmek için yerleştirme noktaları var. PCB tahtası genelde sürekli büyük bölge güç ve toprak uça ğı, büyük ve küçük diskretli kapasitör komponentleri ve güç düzeltme modulu (VRM) içerir. Biletler bağlaması, C4 böcekleri ve solder topları çip, paket ve PCB'yi birlikte bağlayır. Tüm elektrik temsil sistemi her integral devre aygıtı normal menzilin içinde stabil bir voltaj sağlanmasını sağlamalı. Fakat bu elektrik teslimatı sistemlerinde akışları ve parazitik yüksek frekans etkisi değiştirmek her zaman voltaj sesini tanıtır. Elektrik değişimlerini hesaplayabiliriz: İ”V cihazda izlenen voltaj fluktuasyonu ve ΔBen değiştirme akışı. Z, aygıtlarda izlenmiş tüm elektrik temsil sisteminin enerji temsili ve toprak arasındaki giriş imkansızdır. voltaj fluksiyonlarını azaltmak için güç ve toprak arasında düşük savunma. DC'nin durumunda, Z temiz bir direnişlik haline geldiğinden beri, düşük direnişlik IR voltaj düşürmesine uyuşuyor. AC davasında, düşük dirençlik, değiştirme akışından oluşturduğu geçici sesi de azaltır. Elbette, bu Z'nin geniş frekans grubunun üzerinde küçük tutmasını gerekiyor. Elektrik ve toprak sık sık sinyal dönüşü ve referans uçakları olarak kullanılır, bu yüzden elektrik temsil sistemi ve sinyal dağıtım sistemi arasında yakın bir ilişki var. Fakat uzay sınırları yüzünden, burada eşzamanlı değiştirme sesi (IO SSO) ile tanıştırılan güç sağlama sistemlerindeki ses fenomenleri ve şu anda döngü kontrol sorunları tartışmayacak. Aşağıdaki bölümler sinyal sistemini görmezden gelecektir ve sadece enerji tasarruf sisteminin analizine odaklanacak.

DC IR düşürmesi

Chip'in güç Grid'in özelliğinin ölçüs ü çok küçük (birkaç mikronu ya da daha küçük), çip'deki dirençlik kaybı ciddi, bu yüzden IR voltaj düşüşümü geniş çalıştırıldı. Aşa ğıdaki durumlarda, PCB'nin IR voltaj düşüşüşü (yüzlerce milivolt arasında) hızlı hızlı sistem tasarımına daha büyük bir etkisi olacak. Elektrik tahtası katında, tahta uçağı İsviçre Satranç yapısı, Neck-Down yapısı ve dinamik dönüştürme (1. figür) yüzünden bölünmüştür. Aygıt pins, vias, solder toplar ve C4 çarpışmaları üzerinden geçen enerji tahtası katından yetersiz bir sayı elektrik temizleme tahtaları, enerji temizleme tabaklarının yetersiz kalınlığı, dengelenmeyen şu anki yollar, vb.; sistem tasarımı düşük voltaj, yüksek akışı ve daha sıkı voltaj yüzücü menzili gerekiyor. Örneğin, yüksek yoğunlukla ve yüksek pin sayısıyla ilgili bir cihaz sık sık olarak İsviçre-Satranç yapısı yapısının çip paketi yapısına ve PCB tahtasının güç dağıtım katısına çok fazla vial ve anti-padlar yüzünden oluşturacak. İsviçre-Satranç yapısı yüksek dirençliğin küçük metal bölgelerini üretir. Elektrik tasarruf sistemine bağlı, şimdiye kadar PCB'deki komponentlere gönderilen voltaj tasarım şartlarından daha düşük olabilir. Bu yüzden, iyi DC IR voltaj düşürme simülasyonu elektrik teslimatı sisteminin mümkün voltaj düşürme menzilini değerlendirmek için anahtar. Dizin çözümlerini ya da kurallarını ön ve sonra yerleştirmek ve çeşitli olasılıkların analizi üzerinden sağlayın. Mühendisler, sistem mühendisleri, sinyal integritet mühendislerini ve elektrik tasarım mühendislerini de PCB'deki her güç ve yerel ağ listesinin son adımı olarak dizayn kuralı kontrollerini yaptırmak için sınırlı yöneticide IR düşük analizi de dahil edebilir. Denetim Aracı (DRC). Bu tasarım akışı otomatik yazılım analizi aracılığıyla görüntü kontrol veya deneyimler tarafından bulunmayan kompleks elektrik tasarruf sistemi yapılarından düzenleme ve yönetme sorunlarından kaçırabilir. Şekil 2'de IR düşürme analizi, yüksek performanslı PCB üzerinde elektrik tasarruf sisteminde kritik voltajların ve akışların dağıtımını tam olarak belirtebilir.

AC Güç Toprak Etkinlik Analizi

Çoğu insan bir çift metal platesinin bir plate kapasitörü oluşturduğunu biliyor, bu yüzden elektrik plate katmanının özelliğinin elektrik teslimatının stabilliğini sağlamak için plate kapasitesini sağlamak olduğunu düşünüyorlar. Frekans düşük olduğunda ve sinyal dalga uzunluğu panelin boyutundan daha büyük olduğunda, güç tahtası katı ve katı bir kapasitör oluşturur. Ancak, frekans arttığında, güç uçak katmanının özellikleri karmaşık olmaya başlar. Daha doğrusu, bir çift düz tabak, düz tabak yayınlama hattı sistemi oluşturur. Elektrik sağlığı ve toprak arasındaki gürültü, ya da ilişkin elektromagnet alanı, tahtalar arasında yayılma hattı prensipine uygun şekilde yayılır. Ses sinyali panelinin kenarına yayıldığında yüksek frekans enerjinin bir parçası yayılır, ama daha büyük bir parçası geri reflecte edilir. Tablosun farklı sınırlarından birçok yansıma PCB tahtasında rezonans fenomeni oluşturuyor. AC analizinde, PCB tahtasının güç-yerleştirilmesinin rezonansi eşsiz bir fenomendir. Karşılaştırmak için, temiz bir kapasitörün ve temiz bir induktans özellikleri de planlanıyor. Tahtanın büyüklüğü 30cm. —20cm, tahtaların arasındaki uzay 100mm ve doldurum ortamı FR4 materyalidir. Tahtadaki güç düzeltme modulu 3nH indukatörü ile değiştirilir. 20 nF kapasitesinin sadece kapasitetli bir impedans özelliğini gösteren bir kapasitesindir. Tahta üzerinde güç düzeltme modulu yokken on megabyt frekans menzilinde düz tabağının impedans özellikleri (kırmızı çizgi) kapasitesi (mavi çizgi) ile aynı olduğunu görülebilir. 100MHz'in üstünde, çatların imfaz özellikleri (yeşil çizgi boyunca) induktif ediyor. Birkaç yüz megabyt frekans menziline ulaştıktan sonra, birkaç rezonans yükseklerinin görüntüsü platenin rezonans özelliklerini gösterir ve plate artık temiz etkileyici değildir. Şimdiye kadar, düşük dirençlik güç tasarrufu sistemi (DC'den AC'ye kadar) düşük voltaj fluksiyonlarını elde etmek için anahtar olduğu a çık: induktif etkileri azaltmak, kapasitetli etkileri arttırmak ve bu rezonantlı yüksekleri yok etmek veya azaltmak tasarlama amaçlarıdır.

Elektrik tasarruf sistemini azaltmak için bazı tasarım rehberleri takip edilmeli:

1) Elektrik tasarımı ve katı katı arasındaki mesafeyi azaltın;

2) Tabloyun boyutunu arttır;

3) doldurma ortamının dielektrik konstantünü geliştirin;

4) Birçok güç ve katı katları kullanın.

Fakat üretim ya da başka dizayn düşünceleri yüzünden tasarım mühendislerinin de enerji üretim sisteminin engellemesini değiştirmek için daha fleksif ve etkili metodları kullanması gerekiyor. Bu rezonans yükseklerini azaltmak ve kaldırmak için, diskretli değerlendirme kapasitelerini PCB'ye koymak ortak bir yöntem oldu.

Energi tedavi sisteminin girdi engellemesi Sigrity PowerSI ile hesaplanır:

a. Güç düzeltme modulu yok ve tahtada hiçbir kapasitör yok.

b. Güç düzeltme modulu kısa bir devre ile simüle ediliyor ve tahtada hiçbir kapasitör yok.

c. Güç düzeltme modulu kısa bir devre ile simüle ediliyor ve kapasiteleri dağıtmaya yerleştiriliyor.

Tahta diskretli kapasiteleri çözmek tasarımcılara güç sağlaması sistemini düşük güç sağlamak için güç sağlaması sisteminin engelliğini ayarlamak için elaksiyeti verir.. Ama..., nereye koyacağını nasıl seçmeliyiz, kaç tane seçilecek, ve seçmek için ne tür bir kapasiteyi ayırmak için bir dizayn sorunları kalır.. Bu yüzden..., Özellikle bir tasarım ve uygun tasarım yazılımını kullanmak için çözümleri çözmek ve enerji tasarruf sisteminin geniş simülasyonu yapmak gerekir. PCB tahtası.