电表pcb板设计中的电源信号完整性的考虑

2020-01-09 17:53:22 hongling

电表pcb板设计中的电源信号完整性的考虑


在电表pcb板中,通常我们非常关心信号的质量问题,但有时我们常常局限于研究信号线路、电源和理想,虽然这可以使问题简化,但在高速的设计,简化已经行不通。虽然电路设计的直接结果体现在信号的完整性,但我们不能忽视电源的完整性设计。由于电源的完整性直接影响到最终PCB板的信号完整性。电源的完整性和信号的完整性是密切相关的,在许多情况下,信号失真的主要原因是供电系统。例如,地面回弹噪声过大,解耦电容器的设计不合适,电路有严重的影响,多功率/地平面的划分不好,层的设计不合理,电流不均匀等。




1)去耦电容


我们都知道,在电源和地面之间增加一些电容可以降低系统的噪声,但是它又增加了多少电容呢?每个电容器的固有容量是多少?每个电容器的位置都比较好?我们并没有认真地考虑它,但它是基于设计师的经验,有时甚至是更少的能力。在高速的设计中,我们必须考虑寄生电容参数,定量计算解耦电容的数量和每个电容器的容量值和放置的具体位置,确保系统的阻抗控制的范围,一个基本的原则是去耦电容器的需要,一个都不能少,产能过剩,不喜欢。




2)反弹


当高速设备的边缘低于0.5 ns时,大容量数据总线的数据交换速率如此之快,当它处于电力供应层时,足以影响信号的波纹,会产生不稳定的电源问题。当电流改变时,电流的变化率增加,地面的电压随着电路的电压而增加。在这一点上,地平面(地线)不是理想的零电平,电源也不是理想的直流。随着开关的门电路的增加,地面的反弹变得更加严重。对于一个128位总线,可能有50_100 I/ O线在同一时钟上切换。在这一点上,I / O驱动器的功率和地面电路的电感必须尽可能低。否则,电压刷将出现在同一地面上。地面反射可以随处可见,比如芯片、包裹、连接器或电路板,这些电路板可以弹回来,从而导致电力系统的完整性问题。


从技术角度看,设备的增加只会减少,而公交车的宽度只会增加。保持可接受的反弹的唯一方法是减少电力供应和分配电感。对于芯片,它意味着移动到一个阵列芯片,尽可能多地放置电源,尽可能短的,以减少电感。对于封装,它意味着移动的层被封装,使功率的地平面距离更近,就像在BGA包装中一样。对于连接器,它意味着使用更多的地脚或重新设计连接器,以拥有内部电源和地面水平,如基于链接的带状线。对于电路板来说,它意味着使相邻的电源尽可能靠近地平面。当电感与长度成正比时,电源与地面之间的连接将尽量减少。




3)配电系统


摘要电源完整性设计是一个非常复杂的问题,但如何控制电源系统(电源和地面平面)之间的阻抗是设计的关键。从理论上讲,供电系统阻抗越低,阻抗越低,噪声振幅越低,电压损失越低。在实际的设计中,我们可以使用最大的电压和功率范围来确定我们是否要达到阻抗的目标,然后通过调整相关的因素,使电路阻抗的每一部分的供电系统(与频率有关)的目标阻抗来接近。