Hassas PCB İmalatı, Yüksek Frekanslı PCB, Yüksek Hızlı PCB, Standart PCB, Çok Katmanlı PCB ve PCB Montajı.
PCB Blogu
PCB Tahta Güç Sunucu Sisteminin Analizi ve Tasarımı
PCB Blogu
PCB Tahta Güç Sunucu Sisteminin Analizi ve Tasarımı

PCB Tahta Güç Sunucu Sisteminin Analizi ve Tasarımı

2022-08-02
View:51
Author:pcb

Bugün, Yüksek hızlı elektronik sistemlerin tasarımı çipinin güç sağlama sisteminin özelliklerini tamamen anlamadan başarıya çıkmak zordur., paket yapısı, ve PCB tahtası. Aslında..., düşük sağlam voltasyonuyla karşılaşmak için, daha hızlı sinyal değiştirme 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. With the inevitable daha fazla scaling of VLSI technology, 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 tahtası

1. Görüntü PCB tahtası power supply system design

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 kapasiteleri boşaltmak 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 değişikliklerini hesaplayabilirsiniz: 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.


2. DC IR düşürmesi

Çip elektrik a ğının küçük özellikleri yüzünden (birkaç mikronun veya daha küçük) dirençlik kaybı ciddi, bu yüzden IR düşüşünün geniş çalışması yapıldı. Aşa ğıdaki durumlarda, PCB'nin IR voltaj düşüşüşü (yüzlerce milivolt arasında) hızlı hızlı sistem tasarımına daha büyük bir etkisi olacak. Güç tahta katında, İsviçre-Satranç yapısı, Neck-Down yapısı ve dinamik dönüşü, tahta uçağının bölünmesine neden oluyor; Aygıt pins, vias, solder topları ve C4 çarpışmalarının sayısı, enerji tahtası katmanı üzerinde geçtiğinde yeterli değil. Elektrik tasarımın kalıntısı yetersiz, şu anki yol dengelenmiyor, vb.; Sistem tasarımı düşük voltaj, yüksek akışı ve 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 sistemindeki böyle yüksek direnç yolları yüzünden, PCB'deki komponentlere gönderilen voltaj ya da akışı 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.


3. 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 çoklu yansımalar PCB tahtasında rezonans fenomeni oluşturur.

AC analizinde, PCB tahtasının güç-yerleştirilmesinin rezonansi eşsiz bir fenomendir. A low-resistance power supply system (from DC to AC) is the key to obtaining low voltage fluctuations: reducing inductive effects, increasing capacitive effects, ve bu toprakları yok etmek veya düşürmek tasarlama amaçlarıdır..


4. Elektrik tasarruf sistemini azaltmak için, belirli dizayn rehberlerinden bazıları takip edilmeli:

1) Reduce the distance between the power supply and the floor layer;

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.


5. Güvenlik PowerSI kullanarak elektrik temsil sisteminin girdi engellemesini hesaplayın:

1) Güç düzeltme modüli yok ve tahtada hiçbir kapasitör yok.

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

3) Güç düzeltme modüli kısa bir devre ile simüle edilir ve kapasiteleri çözümleme tahtasına yerleştirilir.

Tümleşik devre çipinin yerinde izlenmiş elektrik tasarruf sisteminin giriş engellemesi düşük frekanslarda kapasitetli görünüyor. Frekans arttığında, doğal resonans en yüksekliğinde 800MHz frekansında görünüyor. Bu frekansların dalga uzunluğu güç toprak uçağının boyutuna uyuyor. Bu, integral devre çipinin pozisyonundan tam olarak dönüş induktansına uyuyor. Güç düzeltme moduluyla. Bu dönüş etkinliği, plate kapasitesi ile birlikte 200MHz'de rezonant en yüksekliğini tanıtıyor. Bazı kapasitörleri tahtada dağıttıktan sonra, 200MHz rezonant en yüksekliğinin çok düşük frekans (<20MHz) olarak değiştirildiği ve rezonant en yüksekliğinin en yüksekliğini çok azalttı. Daha güçlü bir rezonans en yüksekliği yaklaşık 1 GHz'de görünüyor. PCB'ye diskretli kapasiteleri ayırmak için elektrik temsil sistemi ana operasyon frekans menzilinde düşük ve düşük AC impedans cevabını ulaştırabilir. Bu yüzden güç sağlama sisteminin sesi de düşük olacak. Tahtada diskretli kapasiteler ayırmak tasarımcılara güç sağlaması sisteminin düşük güç-yere gürültü gürültüsünü sağlamak için güç sağlaması için elaksiyeti verir. Ancak, onu nereye koyacağını, kaç tanesini seçileceğini ve ne tür bir tasarım sorunlarını seçileceğini seçileceğini ve nasıl seçileceğini seçileceğini ve ne tür bir dizayn sorunları kalır. Bu yüzden, genelde özel bir tasarım ve uygun tasarım yazılımını kullanmak için çözümlerini çözmek ve enerji tasarruf sisteminin geniş simülasyonu yapmak gerekir.


6. Birleşik tasarım konsepti

PCB üzerinde yerleştirilmiş diskret çözümleme kapasitelerinin frekans menzili sadece birkaç yüz megahertze ulaşabilir.. Frekans ne kadar yüksek olursa olsun., the parasitic inductance of each discrete decoupling capacitor and the loop inductance of the board and vias (capacitor to chip) will greatly reduce the decoupling effect. Sadece PCB üzerinde diskretli çözümleme kapasiteleri koymak imkânsız.. further, reduce the input impedance of the power supply system. Birkaç yüz megahertz'den daha yüksek frekans menzillerine kadar, the inter-board capacitance of the power supply system of the paket structure, Paket yapısına yerleştirilen diskretli çözümleme kapasiteleri oyuna girecek.. GHz frekans menziline, Çip üzerindeki elektrik parçalarının ve çip üzerindeki kapasitelerin arasındaki kapasitesi çözümleme çözümüdür.. Kırmızı çizgi, bir PCB'ye diskretli çözümleme kapasitelerini yerleştirdikten sonra giriş imkansızdır.. İlk rezonans yüksekliği 600MHz ile 700MHz arasında görünüyor.. Paket yapısını düşündükten sonra, Ekstra paket yapısının incelemesi rezonans en yüksekliğini 450MHz ile değiştirir, mavi çizgini görün.. Çip elektrik sistemi dahil ettikten sonra, Çip'deki kapasitör yüksek frekans rezonans toplarını kaldırır., ama aynı zamanda çok zayıf bir 30MHz rezonans en yüksekliğini, yeşil çizgini görün.. Bu 30MHz rezonans, yüksek frekans dönüşüm sinyalinin IF çevresindeki voltaj vadi olarak zaman alanında ortaya çıkacak.. On-chip ayrılması çok etkili ama değerli on-chip uzayını kullanmak ve daha fazla sızdırma akışını kullanmak maliyetinde. Chip'in kapasitelerini paket yapısına taşımak iyi bir kompromis olabilir., ama tasarımcısının tüm sistemin bilgisini çipinden almasını istiyor., ve paket yapısı PCB tahtası.